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Prüfung von Lagermatten für Katalysatoren/Dieselpartikelfilter
In Abgasanlagen sind Lagermatten funktionsrelevante Bauteile. Diese Lagermatten müssen bei hohen thermischen Belastungen und Ausdehnungen im Bauteil den Katalysator/ Dieselpartikelfilter zuverlässig lagern und Abgas-Nebenströme sicher abdichten.
Zur Bestimmung des Druckverhaltens dieser Lagermatten unter Abbildung der Abgasanlagen- Bedingungen hat Zwick eine Hochpräzisions-Prüfmaschine für Einsatztemperaturen bis zu 1050°C bei gleichzeitig möglicher Spaltänderung entwickelt. Mit dieser Prüfmaschine können zusätzlich Reibkoeffizienten unter allen relevanten Bedingungen bestimmt werden. Diese Prüfmaschine wird im Faurecia-Werk in Augsburg hauptsächlich in der Entwicklung (Grundsatzuntersuchung) aber auch zur Qualitätskontrolle eingesetzt.
Im Inneren von Katalysatoren und Dieselpartikelfiltern befindet sich eine empfindliche Keramik. Die gilt es über die gesamte Lebensdauer vor mechanischen Belastungen zu schützen und immer adäquat zu lagern, d.h. in jedem Betriebszustand die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des metallischen Abgasanlgengehäuses und des Keramik-Einsatzes funktionsmäßig auszugleichen. Dazu werden sogenannte Lagermatten aus Hochtemperaturwollen verwendet.
Die Lagermatten müssen also eine hohe Beständigkeit unter den bis zu 1050°C hohen Abgastemperaturen haben und gleichzeitig bestimmte mechanische Eigenschaften aufweisen. Zur Charakterisierung der mechanischen und thermischen Eigenschaften der Katalysator-Lagermatten wird der Druckverlauf über die Zeit („Alterungsexperiment“) und der Reibungskoeffizient des Materials unter Temperatur- und Druckeinfluss ermittelt. Hierfür hat Zwick eine Material-Prüfmaschine mit einer zusätzlichen, horizontalen Prüfachse gebaut, mit der die mechanischen und thermischen Material-Eigenschaften von Katalysator-Lagermatten bei Einsatztemperaturen bis zu 1050°C sehr genau ermittelt werden können. Faurecia in Augsburg fertig pro Jahr ca. 2,5 Millionen Katalysatoren. Um hier den hohen Qualitätsanforderungen der Automobilhersteller gerecht zu werden, setzt Faurecia diese Prüfmaschinen im Forschungsbereich, aber auch für Kontrollen der Serienproduktion ein.
Die Prüfmaschine ist mit zwei bis zu 1050°C beheizbaren 10kN-Druckplatten ausgestattet, mit denen die vertikale Kraft zur Steifigkeitsbestimmung aufgebracht wird. Um bei diesen hohen Temperaturen den Abstand der heißen Druckplatten messen zu können, muss ein berührungslos arbeitender Längenänderungsaufnehmer eingesetzt werden. Zur gleichzeitigen Bestimmung des Reibkoeffizienten werden zwischen die beiden Druckplatten zwei Schichten des zu prüfenden Materials eingebracht, die in der Mitte durch ein Metallblech getrennt sind, an dem eine horizontale Kraft zur Erzeugung von Reibkräften angreifen kann.
Wenn die Druckplatten die Prüftemperatur erreicht haben, wird das Lagermattenmaterial geregelt zusammengedrückt. Dabei wird der Druckplattenabstand mittels eines Laser-Extensometers mit einer Genauigkeit von ± 5 μm geregelt verringert und die dabei entstandene Druckkraft mit einem im Laststrang befindlichen Kraftaufnehmer gemessen. Die zweite, horizontale Prüfachse besteht aus einem elektromechanischen 5kN-Aktor, der das Metallblech horizontal zwischen den beiden Materialschichten verfährt. Die dafür benötigte Kraft wird mit einem separaten Kraftaufnehmer erfasst und wird dann zum temperaturspezifischen Reibungskoeffizienten umgerechnet. Dieser Aktor kann unabhängig von der Vertikalachse oder mit ihr synchronisiert betrieben werden.
