TY - THES

T1 - Klebeverbindung von Katalysatoren

AU - Wegscheider, Stefan

N1 - nicht gesperrt

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Bei der Abgasnachbehandlung von Verbrennungsprozessen werden zur Stickoxidreduktion Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion verwendet. Für diese Bauteile werden mehrere einzelne Katalysator-Wabenkörper zu größeren Einheiten, sogenannten Modulen, verbunden und im Abgasstrom platziert. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Klebstoff zu finden, welcher den anwendungsrelevanten Lastfällen in einer mit undefinierten Brennstoffen befeuerten Abgasanlage standhalten kann. Damit soll eine bisher verwendete Komponente, die Fasermatte, welche in den Modulen als Puffer zwischen den Keramikkörpern aufliegt, ersetzten werden. Als weiteres Ziel galt es, ein Prüfverfahren zu entwickeln, mit dem die Festigkeit der Klebeverbindung getestet werden kann. Das Verfahren soll zur Evaluierung der Auswirkungen unterschiedlicher Vorbelastungen auf die Festigkeit und für Entwicklungsarbeiten zur Identifikation weiterer Kleber genutzt werden können. Das Verfahren soll angewendet werden und erste Erkenntnis zur Beständigkeit der untersuchten Kleber durch thermische Analysen sowie licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen der Proben gewonnen werden. Eine Analyse möglicher mechanischer Belastungen, die auf die Klebung im Modul wirken, zeigte, dass Biegeversuche und Druckscherversuche geeignet sind, relevante Lastfälle aus dem Betrieb der Module abzubilden. Weitere kritische Vorbelastungen sind Taupunktunterschreitungen, Thermoschock, thermische Ermüdung oder chemischen Angriff. Diese Vorbelastungen können an den jeweiligen Probekörpern vor der Bruchprüfung durchgeführt werden. Biegeversuche konnten nur an ungeklebten Stäben erfolgreich durchgeführt werden. Für die Druckscherversuche wurde ausgehend vom vorhandenen Stabmaterial ein Probekörper entwickelt und optimiert. Besonderes Augenmerk wurde darauf gelegt, eine einheitliche Probenvorbereitung zu gewährleisten. Dazu wurde eine Reihe von speziellen Hilfsmitteln entworfen und mittels additiver Fertigung aus Kunststoff angefertigt. Mit dem Druckscherversuch konnten Proben nach unterschiedlichen Vorbelastungen untersucht werden. Es zeigte sich, dass das Substratmaterial durch Thermoschockbelastung keinen Festigkeitsverlust erleidet. Von den drei untersuchten Klebern konnte nur mit dem Kleber auf der Basis von kolloidaler Kieselsäure eine zufriedenstellende Klebung realisiert werden. Diese Klebung verliert durch Bewitterung und Thermoschock bereits ab einem Luft-Abschrecken von 200°C einen Teil ihrer Festigkeit. Als entscheidende Faktoren für eine hohe Festigkeit der Klebungen wurde neben ausreichender Adhäsion die Homogenität des Klebers eruiert.

AB - Bei der Abgasnachbehandlung von Verbrennungsprozessen werden zur Stickoxidreduktion Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion verwendet. Für diese Bauteile werden mehrere einzelne Katalysator-Wabenkörper zu größeren Einheiten, sogenannten Modulen, verbunden und im Abgasstrom platziert. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, einen Klebstoff zu finden, welcher den anwendungsrelevanten Lastfällen in einer mit undefinierten Brennstoffen befeuerten Abgasanlage standhalten kann. Damit soll eine bisher verwendete Komponente, die Fasermatte, welche in den Modulen als Puffer zwischen den Keramikkörpern aufliegt, ersetzten werden. Als weiteres Ziel galt es, ein Prüfverfahren zu entwickeln, mit dem die Festigkeit der Klebeverbindung getestet werden kann. Das Verfahren soll zur Evaluierung der Auswirkungen unterschiedlicher Vorbelastungen auf die Festigkeit und für Entwicklungsarbeiten zur Identifikation weiterer Kleber genutzt werden können. Das Verfahren soll angewendet werden und erste Erkenntnis zur Beständigkeit der untersuchten Kleber durch thermische Analysen sowie licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen der Proben gewonnen werden. Eine Analyse möglicher mechanischer Belastungen, die auf die Klebung im Modul wirken, zeigte, dass Biegeversuche und Druckscherversuche geeignet sind, relevante Lastfälle aus dem Betrieb der Module abzubilden. Weitere kritische Vorbelastungen sind Taupunktunterschreitungen, Thermoschock, thermische Ermüdung oder chemischen Angriff. Diese Vorbelastungen können an den jeweiligen Probekörpern vor der Bruchprüfung durchgeführt werden. Biegeversuche konnten nur an ungeklebten Stäben erfolgreich durchgeführt werden. Für die Druckscherversuche wurde ausgehend vom vorhandenen Stabmaterial ein Probekörper entwickelt und optimiert. Besonderes Augenmerk wurde darauf gelegt, eine einheitliche Probenvorbereitung zu gewährleisten. Dazu wurde eine Reihe von speziellen Hilfsmitteln entworfen und mittels additiver Fertigung aus Kunststoff angefertigt. Mit dem Druckscherversuch konnten Proben nach unterschiedlichen Vorbelastungen untersucht werden. Es zeigte sich, dass das Substratmaterial durch Thermoschockbelastung keinen Festigkeitsverlust erleidet. Von den drei untersuchten Klebern konnte nur mit dem Kleber auf der Basis von kolloidaler Kieselsäure eine zufriedenstellende Klebung realisiert werden. Diese Klebung verliert durch Bewitterung und Thermoschock bereits ab einem Luft-Abschrecken von 200°C einen Teil ihrer Festigkeit. Als entscheidende Faktoren für eine hohe Festigkeit der Klebungen wurde neben ausreichender Adhäsion die Homogenität des Klebers eruiert.

KW - joining technology

KW - adhesive bonding

KW - 3-point-bending

KW - 4-point-bending

KW - shear test

KW - oxidic ceramic

KW - catalysts

KW - weathering

KW - thermal shock

KW - Fügetechnik

KW - Klebstoffe

KW - 3-Punkt-Biegeprüfung

KW - 4-Punkt-Biegeprüfung

KW - Druckscherprüfung

KW - Oxidkeramik

KW - Katalysatoren

KW - Bewitterung

KW - Thermoschock

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.137

DO - 10.34901/mul.pub.2023.137

M3 - Masterarbeit

ER -