Katalysatorauspuff mit Wärmedämmung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Katalysatorauspuff mit Wärme­dämmung.

[0002] Beim Betrieb eines Auspuffs, der mit einem Abgaskatalysator ausgerüstet ist, treten im Inneren des Auspuffs Temperaturen auf, die weit höher liegen, als dies beim Betrieb eines kon­ventionellen Auspuffs der Fall ist. Es werden beim Betrieb von Katalysatorauspuffen Temperaturen um 900° C gemessen. Ein der­art überhitzter Auspuff birgt ein beträchtliches Gefahrenpo­tential, beispielsweise beim Betanken des Fahrzeugs oder beim unbedachten Parken des Fahrzeugs an brandgefährdeten Orten.

[0003] Mit einem Katalysator ausgerüstete Auspuffe müssen deshalb mit einer Wärmeisolierung ausgestattet werden, um sicher zu stellen, daß die Außentemperatur des Auspuffs jedenfalls nicht wesentlich über die konventioneller Auspuffe steigt.

[0004] An eine derartige Wärmeisolierung müssen hohe Anforderungen gestellt werden, unter anderem, schon aus konstruktiven Grün­den, hohe Wärmedämmeffizienz bei geringer Schichtdicke, hohe Temperaturbeständigkeit, mechanische Belastbarkeit und Mon­tagefreundlichkeit.

[0005] Die erfindungsgemäße Wärmedämmung wird den gestellten Anfor­derungen gerecht.

[0006] Gegenstand der Erfindung ist ein mit Katalysator ausgerüste­ter Auspuff mit Wärmedämmung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wärmedämmung aus einem Formkörper aus verdichtetem, mikroporösem Wärmedämmaterial der Zusammensetzung
30 - 88,9 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
10 - 50 Gew.-% Trübungsmaterial und
1 - 20 Gew.-% Fasermaterial
besteht, der zur Formstabilisierung mindestens einseitig kaschiert ist oder mit 0,1 - 5 Gew.-% Härter versehen ist.

[0007] Unter dem anspruchsgemäßen Ausdruck "mit Katalysator aus­gestatteter Auspuff" sollen erfindungsgemäß alle Auspuff­anlagen bzw. jene Teile einer Auspuffanlage verstanden werden, die mit einem zur Abgasreinigung geeigneten Kata­lysator ausgestattet sind, insbesondere entsprechend aus­gestattete Auspufftöpfe.

[0008] Die erfindungsgemäße Wärmeisolierung umhüllt den Auspuff, bzw. den Auspuffteil eng anliegend und ist mit einer Um­mantelung gegen mechanische Zerstörung geschützt. Die Um­mantelung wird dabei schon aus Gründen der Platzersparnis so konstruiert, daß der ummantelte Raum praktisch vollstän­dig durch die erfindungsgemäße Wärmeisolierung ausgefüllt ist.

[0009] Die erfindungsgemäße Wärmedämmung wird als Formkörper aus­gebildet. Als Formkörper kommen grundsätzlich alle Form­körper in Betracht, die geeignet sind, den zu isolierenden Auspuff, bzw. den zu isolierenden Teil des Auspuffs, eng anliegend zu umhüllen. Es sind dies insbesondere platten- oder mattenförmige Formkörper, die eben sein können oder die äußere Form des zu isolierenden Auspuffs bereits mehr oder weniger genau abbilden.

[0010] Die Formkörper werden vorzugsweise durch Verpressen des Wärmedämmaterials bei Enddrücken von 10 - 50 N/cm² herge­ stellt. Oftmals ist es zweckmäßig, das zunächst als loses Schüttmaterial vorliegende Wärmedämmaterial, gegebenenfalls unter Evakuieren vorzudichten, beispielsweise bei Drücken von etwa 0,1 - 0,5 N/cm² und erst in einer zweiten Stufe unter den genannten Enddrücken zu verpressen. Die Preßtem­peraturen liegen zumeist im Bereich der Umgebungstemperatur, also bei 15° bis 30° C. Es können auch tiefere oder höhere Temperaturen angewendet werden. Es werden jedoch stets solche Temperaturen gewählt, bei denen bei der Verwendung von Härter noch keine Durchhärtung des Wärmedämmaterials erfolgt. Da für eine Durchhärtung Temperaturen über 500° C erforderlich sind, kommt diesem Parameter in der Praxis keine Bedeutung bei. Die Aushärtung erfolgt beim Betrieb des Katalysator­auspuffs.

[0011] Als Kaschierung kommen grundsätzlich alle Materialien in Frage, mit denen bereits bisher Wärmedämmformkörper der er­findungsgemäßen Art kaschiert werden konnten. Es sind dies insbesondere Vliese oder Gewebe aus Aluminiumsilicat, Glas­faser, Steinwolle, Cellulose, Metallfolie, insbesondere Alu­minium folie, Pappe, Papier und andere. Die Kaschierung ver­leiht dem ungehärteten Formkörper eine ausreichende mecha­nische Stabilisierung für Transport und Montage.

[0012] Die Verbindung zwischen Kaschiermaterial und Wärmedämmaterial kann klebend oder nicht-klebend sein. Bei Materialien, wie Glasfaser und dgl., erfolgt bereits durch Anlegen von Druck und ohne Verwendung eines Klebers eine ausreichende mechanische Verzahnung des Wärme­dämmaterials mit dem Kaschiermaterial, insbesondere, wenn das Kaschier­material mit der losen Schüttung des Wärmedämmaterials oder mit vor­verdichtetem Wärmedämmaterial bei den oben genannten Enddrücken ver­presst wird.

[0013] Zumeist wird jedoch verklebt. Es können anorganische Kleber, wie z.B. Kieselsole oder Wasserglass verwendet werden oder bekannte organische Kleber. Insbesondere kann auch Kaschier­material benützt werden, das bereits mit Kleber beschichtet ist.

[0014] Das erfindungsgemäß einzusetzende Wärmedämmaterial besteht aus
30 - 88,9 Gew.-% feinteiligem Metalloxid
10 - 50 Gew.-% Trübungsmittel
1 - 20 Gew.-% Fasermaterial und gegebenenfalls
0,1 - 5 Gew.-% Härter.

[0015] Beispiele für feinteiliges Metalloxid sind pyrogen erzeugte Kieselsäuren, einschließlich Lichtbogenkieselsäuren, alkali­arme Fällungskieselsäuren, analog hergestelltes Aluminium­oxid, Titandioxid und Zirkondioxid. Vorzugsweise werden pyrogen erzeugte Metalloxide, einschließlich pyrogen erzeug­ter Mischoxide eingesetzt. Die feinteiligen Metalloxide weisen spezifische Oberflächen von 50 bis 700 m²/g, vorzugs­weise 70 bis 400 m²/g auf.

[0016] Als Trübungsmittel kommen beispielsweise Ilmenit, Titandioxid, Silicium­carbid, Eisen-II-Eisen-III-mischoxid, Chromdioxid, Zirkon­oxid, Zirkonsilikat, Mangandioxid, sowie Eisenoxid in Be­tracht. Die Trübungsmittel weisen vorteilhafterweise ein Adsorptionsmaximum im Infrarot-Bereich zwischen 1,5 und 10 µm auf.

[0017] Beispiele für Fasermaterial sind Glaswolle, Steinwolle, Schlackenwolle, keramische Fasern, wie sie aus Schmelzen von Aluminiumoxid und/oder Siliciumoxid gewonnen werden, Asbestfasern und andere.

[0018] Als Härter werden Kohlenstoff wie Ruß, die Boride des Aluminiums, des Titans, des Zirkons, des Calciums, Silicide, wie Calciumsilicid, Eisensilicid und Calcium-aluminiumsilicid, insbesondere jedoch Borcarbid eingesetzt.

[0019] Die genannten Wärmedämmischungen werden durch einfaches Ver­mischen der Komponenten in der gewünschten Zusammensetzung gewonnen. Es können jedoch auch sogenannte agglomerierte Mischungen, insbesondere auf Basis von pyrogen erzeugter Kieselsäure eingesetzt werden. Hierbei wird in der Weise verfahren, daß das Trübungsmittel bereits beim Herstellungs­prozeß der Kieselsäure, bei dem die Kieselsäure noch in Form der Primärteilchen vorliegt, kontinuierlich im ange­strebten Mischungsverhältnis zugesetzt wird.

[0020] Die erfindungsgemäßen Wärmedämmformkörper weisen, eine Schichtdecke von 2 - 10 mm, vorzugsweise 4 - 6 mm auf.

[0021] Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Wärmedämmisolierung gelingt es, mit Abgaskatalysator ausgestattete Auspuffe herzustellen, bei denen das durch mögliche Überhitzung gegebene Gefahren­potential beseitigt ist. Der Platzbedarf der erfindungsge­mäßen Auspuffanlagen ist kaum höher, als der konventioneller Auspuffe. Der Aspekt der Volumenvergrößerung von mit Abgas­katalysatoren ausgerüsteten Auspuffen gegenüber konventio­nellen Auspuffen kann daher praktisch unberücksichtigt bleiben. Insbesondere ist es möglich, auch Altfahrzeuge, bei denen der genannte Aspekt naturgemäß nicht berücksich­tigt wurde, mit den erfindungsgemäßen Auspuffanlagen umzu­rüsten.

Ausführungsbeispiele

Beispiel 1:

[0022] Ein konventioneller Katalysatorauspuff wurde mit einem ein­schließlich einseitiger Kaschierung 4,5 mm dicken Formkörper eng anliegend vollständig umhüllt und mit einer Ummantelung aus Stahlblech versehen, so daß der ummantelte Raum prak­tisch vollständig von dem Formkörper ausgefüllt war. Der Formkörper wies ein 0,5 mm dicke Kaschierung aus per­foriertem Cellulosepapier auf. Die Herstellung des Form­körpers erfolgte durch Verpressen einer Wärmedämmischung der folgenden Zusammensetzung:
63,3 Gew.-% pyrogen erzeugte Kieselsäure
31,7 Gew.-% Ilmenit
5,0 Gew.-% Aluminiumsilikatfaser
mit dem Kaschiermaterial unter einem Enddruck von 28 N/cm² bei Umgebungstemperatur.

[0023] Der Formkörper lag in Form einer ebenen Platte vor, die so flexibel war, daß der Auspufftopf ohne mechanische Zerstö­rung des Formkörpers umhüllt werden konnte. Darüberhinaus wurde die Dicke des Formkörpers so gewählt, daß der Form­körper unter Druck fest zwischen den Außenschalen und dem Katalysator eingebettet war.

[0024] Mit einem Bunsenbrenner wurde der Innenraum des Katalysators auf 850° C gebracht. Der Temperaturmeßpunkt lag an der Innen­wandung des Katalysatortopfs im Abstand von 20 cm von der Auspufföffnung.

[0025] Ein zweiter Meßpunkt lag an der Außenseite der Ummantelung genau gegenüber dem ersten Meßpunkt. Am zweiten Meßpunkt ergab sich eine Temperatur von 200° C. Die Messung wurde ohne Kühlung der Ummantelung durchgeführt.

Beispiel 2:

[0026] In die Außenschalen eines konventionellen Auspuffkonverters wurde eine vorverdichtete Dämmatte ohne Kashierung gelegt. Mit einem geeigneten Preßstempel, der in seiner Form der Dämmschale angepaßt war, wurde das Dämmaterial so in Form gebracht, daß überall in der Innenschale die Dämmdicke ca. 4 mm betrug.

[0027] Die Wärmedämmischung war wie folgt zusammengesetzt:
62,5 Gew.-% pyrogen erzeugte Kieselsäure
31,7 Gew.-% Ilmenit
5,0 Gew.-% Aluminiumsilikatfaser
0,8 Gew.-% Borcarbid

[0028] Mit der zweiten Dämmschale wurde analog verfahren. Das Ein­pressen der Dämmung erfolgte unter einem Enddruck von 28 N/cm³. Im Versuch zeigte sich, daß bei einer Innentemperatur von 850° C (mittels Bunsenbrenner) die Außentemperatur an der entsprechenden Stelle kurzzeitig auf ca. 200° C anstieg und sich schließlich auf 190° C einpendelte.

[0029] Die schnelle Erhitzung ist auf die exotherme Aushärtereak­tion der Wärmedämmung zurückzuführen.

[0030] Die Temperaturmessungen erfolgten stationär; eine denkbare zusätzliche Kühlwirkung durch Fahrtwind wurde nicht simu­liert.

Ansprüche

Mit Katalysator zur Abgasreinigung ausgerüsteter Auspuff mit Wärmedämmung, dadurch gekennzeich­net, daß die Wärmedämmung aus einem Formkörper aus ver­dichtetem, mikroporösem Wärmedämmaterial der Zusammensetzung
30 - 88,9 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
10 - 50 Gew.-% Trübungsmittel und
1 - 20 Gew.-% Fasermaterial
besteht, der zur Formstabilisierung mindestens einseitig kaschiert ist oder mit 0,1 - 5 Gew.-% Härter versehen ist,