DE3123817A1

DE3123817A1 - Wickelfolien-katalysatorwandler-aufbau und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3123817A1
Application number: DE19813123817
Authority: DE
Inventors: Lloyd Rollan 37849 Powell Tenn. Chapman; Charles William 48063 Rochester Mich. Vigor; John Frederick 48043 Clemens Mich. Watton
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1981-06-16
Publication date: 1982-04-08
Also published as: JPS5751907A; GB2079174A; US4318888A; CA1154739A; GB2079174B

Description

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Die Erfindiong betrifft einen Monolith-Katalysatorwandler für Kraftfahrzwecke mit einem Katalysator-beschichteten Wickelfolienaufbau zur Behandlung von durchströmenden Abgasen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wickelfolienaufbau, bei dem einander gegenüberliegende Katalysatorbeschichtete Folienflächen Strömungswege für das Abgas durch den Aufbau bilden.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Monolith-Katalysatorwandlers besteht darin, daß eine gewellte und beschichtete Metallfolie so aufgewickelt wird, daß die Wellungen Gasströmungs-Durchlässe bilden (US-PS 3 992 330). Die bevorzugte Folie zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung besteht aus einer bei hohen Temperaturen korrosionsbeständigen ferritischen Edelstahllegierung, welche Aluminium enthält. Die Folie wird vorzugsweise oxidiert, um die Oberflächen · mit integral gewachsenen, eng beieinander sitzenden Aluminiumoxid -Whiskern zu bedecken, worauf eine Beschichtung mit einem Gamma-Aluminiumoxidmaterial erfolgt, das zur Imprägnierung mit einem Katalysator geeignet ist.

Eine gründliche Abgasbehandlung wird unter Benutzung einer Kombination von Katalysatoren durchgeführt, die typischerweise Platin, Palladium und Rhodium enthalten. Wenn jedoch Platin und Palladium an der gleichen Aluminiumoxidpberfläche vorhanden sind, reagieren die Metalle so miteinander, daß ihre einzelne Wirkung wesentlich vermindert wird. Aus diesem Grund werden Platin und Palladium vorzugsweise auf getrennte Oberflächen aufgebracht. Bei Monolith-Wandlern wurden bisher die Metalle in diskreten Längszonen hintereinander an einem oder an mehreren Aufbauten angebracht. Auf diese Weise ist die Abgasbehandlung in Monolith-Wandlern bishe^:^u:aufeinanderfolgende Wirkung durch unterschiedliche Katalysatorzusammensetzungen beschränkt.

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Ein erfindungsgemäßer Wickelfolienaufbau zur Katalysatorbehandlung eines Gases besitzt einen Gasdurchlaß, der durch

erste
eine und eine zweite Folienoberfläche bestimmt wird, wobei diese einander zugewendet liegen und unterschiedliche Katalysatorzusammensetzungen zur gleichzeitigen Berührung mit den durchströmenden Gasen tragen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Abgasbehandlungs-Katalysatoraufbaus der erfindungsgemäßen Art unter Benutzung mindestens einen Folienelements besteht im Aufbringen einer ersten Katalysatorzusammensetzung auf die erste Folienoberfläche, im Aufbringen einer zweiten unterschiedlichen Katalysatorzusammensetzung auf die von der ersten Oberfläche getrennte oder unterschiedliche zweite Oberfläche und im Aufwickeln der Folie in der Weise, daß die erste Oberfläche der zweiten Oberfläche gegenüber gelegen ist und zwischen diesen der Gasdurchlaß (oder die Gasdurchlässe) gebildet werden, wobei der Gasdurchlaß (oder die Gasdurchlässe) unterschiedliche Katalysatoren einander gegenüberliegend aufweisen zur gleichzeitigen Behandlung der hindurchfließenden Gase.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein Katalysatorwandleraufbau dadurch hergestellt, daß ein Platinkatalysator im wesentlichen auf eine Hälfte, in Längsrichtung gesehen, und ein Palladium-Katalysator auf die verbleibende Hälfte beider Oberflächen einer Aluminiumoxidbeschichteten Metallfolie aufgebracht wird und daß die Folie zur Bildung einer allgemein zylindrischen Struktur mit axialen Gasdurchlässen aufgewickelt wird, wobei die Gasdurchlässe durch einander gegenüberliegende Folienoberflächen gebildet werden, die die unterschiedlichen Katalysatoren tragen. Die Länge der Folie beträgt das Mehrfache ihrer Breite, und die Katalysatoren sind durch eine querliegende Grenze voneinander getrennt. Die Folie enthält in Querrichtung Zickzack- förmige Wellungen. Die Folie wird um die Grenze gefaltet

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und gewickelt, so daß die Wellungen aufeinanderfolgender Wicklungen zusammenwirkend die Gasdurchlässe bilden. Zusätzliche enthalten die Außenfläche der einen Windung und die Innenfläche der nächsten Windung, die zusammen die Durchlässe bilden, unterschiedliche Hälften der gleichen Folienoberfläche und damit unterschiedliche Katalysatoren. So werden Platin- und Palladium-Katalysatoren getrennt gehalten, so daß eine gegenseitige Störung verhindert wird. Die Katalysatoren sind "strategisch" so verteilt, daß sie im wesentlichen gleichzeitig auf durch die Durchlässe strömende Gase über die gesamte Länge des Aufbaus einwirken.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer

gewellten und beschichteten Metallfolie zur Herstellung des bevorzugten erfindungsgemäßen Aufbaus,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer Streifen-

beschichtungsvorrichtung zum Aufbringen von Katalysatorgeirischen auf eine Folie gemäß der bevorzugten Ausführung der Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts

der in Fig. 1 gezeigten Folie nach dem Falten,

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung längs Linie

4-4 in Fig. 3, die Anordnung der Wellungen längs dieser Linie darstellend,

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Fig„ 5 eine Ansicht eines Schnittes längs Linie

5-5 der Fig. 3, die Anordnung der Wellungen längs dieser Linie zeigend,

Fig. 6 eine Ansicht der gefalteten Folie nach

Fig. 3 in teilweise aufgewickeltem Zustand, vom Ende her gesehen,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des bevorzugten

Wickelfolienaufbaus gemäß der Erfindung, und

Fig. 8 eine Endansicht ähnlich Fig. 6 einer

nach einer alternativen Ausführung der Erfindung teilweise aufgewickelten Folie.

Bei einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Kraftfahrzeug-Katalysatorwandler oder -konverter durch Falten und Aufwickeln einer Metallfolie ausgebildet, welche eine Aluminiumoxid-Beschichtung besitzt, die wahlweise mit Platin- und Palladium-Katalysatoren getränkt ist. Die Folie besteht aus einer Legierung, die (Angabe in Gew.-%) aus 15% Chrom, 4% Aluminium, 0,5% Yttrium und Rest Eisen besteht; diese Legierung ist unter den Bezeichnungen Fe-Cr-Al-Y oder Fecralloy bekannt. Die Folie wird von einem rotierenden zylindrischen Barren mit einem dauerhaften Wolframkarbid-Schneidwerkzeug abgeschält, das in die sich drehende Oberfläche zum Abschälen eines kontinuierlichen dünnen Metallstreifen vorgeschoben wird. Der Streifen wird von der Barrenoberfläche mit gesteuertem Zug abgezogen, um eine Folie mit irregulären und stark beanspruchten Oberflächen zu bilden. Verschiedene Parameter, einschließlich Drehgeschwindigkeit des Barrens, Vorschubgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs und die Abziehspannung für den Streifen werden so eingestellt, daß eine Folienstärke von ca. 50 ,um erreicht wird. Die Schälfolie besitzt eine Breite von etwa 7,6 cm

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und wird bevorzugt auf eine Länge von etwa 22,9 m geschnitten, um eine Wellfolie mit einer Länge von 18,3 m zu bilden. Ein Kühlfluid wird während des Abschälvorgangs aufgesprüht und danach entfernt.

Die Schälfolie wird 1 min bei 900 C in Luft angelassen und dann einem Wellvorgang unterzogen, bei dem sie zwischen zwei angetriebenen Walzen mit entsprechend angepaßten zick-zack-förmigen oder Fischgrätmuster-artigen Wellungsmustern hindurchgeleitet wird; das Wellungsmuster ist in Fig. 1 dargestellt. Die Wellungen besitzen eine Höhe von ca. 0,76 mm und einen Abstand von Spitze zu Spitze von 1,78 mm. Die Segmente des Zickzackmusters sind gegen die Querrichtung, d.h. eine senkrecht zu den Folienkanten stehende Richtung etwa 10 versetzt und besitzen jeweils eine Länge von 1,25 cm. Bei dem Wellvorgang verwendetes Schmiermittel wird durch Reinigen entfernt. Die Folie wird vorzugsweise aufgewickelt, um die nachfolgende Behandlung zu erleichtern. Während aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen kann die Folie entweder locker gewickelt sein, so daß ein Metall/Metall-Kontakt insbesondere während der Erhitzung im Ofen vermieden wird oder sie kann abgewickelt und wieder aufgewickelt werden, um Zugriff zur Folienoberfläche, insbesondere während der Beschichtungsvorgänge zu schaffen. Vorzugsweise wird das Aufwickeln durch Falten und Wickeln der Folie in später zu beschreibender Weise erreicht, wobei im wesentlichen die Form des angestrebten Katalysator-Wandleraufbaus erzielt wird.

Die Folie wird 8 h bei 9 30 C in umlaufender Luftumgebung erhitzt, um Aluminiumoxid-Whisker aufwachsen zu lassen, die ein hohes Höhen/Stärken-Verhältnis (high-aspect) besitzen und im wesentlichen die Folienoberfläche bedecken. Dadurch wird eine verbesserte Adhäsion einer in einem folgenden Arbeitsvorgang aufgebrachten Keramikbeschichtung an dem Metall erreicht. Die Whisker-bedeckte Oberfläche wird durch

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Aufsprühen eines Aluminiumoxidgels einer Grundbehändlung unterzogen. Das Gel wird durch Mischen von 5,0 Gew.-Teilen kolloidalen Alpha-Aluminiumoxid-Monohydrat Al„0^,.H„0 mit 95 Teilen deionisiertem Wasser unter Zusatz von konzentrierter Salpetersäure HNO₃ gebildet, wobei der pH-Wert unter 2,0 abgesenkt wird. Im nassen Zustand wird die grundbehandelte Oberfläche durch Aufsprühen mit einem etwa gleichartigen, jedoch weniger viskosen Gel beschichtet, welches 3,0 Gew.-Teile kolloidales Alpha-Aluminiumoxid-Monohydrat in 97 Teilen Wasser unter Stabilisierung mittels Salpetersäure auf einen pH-Wert unter 2,0 enthält. Das Gamma-Aluminiumoxid-Pulver

3 besitzt vorzugsweise eine Porosität von mehr als 1 cm /g

2 und eine spezifische Oberfläche von mehr als 100 m /g. Etwa 70% der Aluminiumoxidteilchen liegen in der Größe zwischen 200 mesh (0,074 mm) und 325 mesh (0,044 mm), der Rest ist kleiner als der letztangegebene Wert. Das bevorzugte Beschichtungsmaterial wird so vorbereitet, daß eine gleichförmige Mischung von 27 Gew.-Teilen Gamma-Aluminiumoxidteilchen mit etwa 1OO Teilen Gel hergestellt wird, so daß die getrocknete Beschichtung etwa 9O% (Gew.-%) Gamma-Aluminiumoxid enthält. Obwohl das kolloidale Aluminiumoxid seinen Alpha-Charakter im Gel verliert, übersteht das Gamma-Aluminiumoxid in Form von diskreten Teilchen mit der erforderlichen spezifischen Oberfläche. Die erste Beschichtung wird luftgetrocknet und es werden 2 bis 5 zusätzliche Schichten des Teilchen enthaltenden Materials durch Aufsprühen aufgetragen und an Luft getrocknet, so daß eine Gesamtschichtstärke von 40 bis 50 ,um erreicht wird. Die Beschichtung wird 4 h bei 550 C an Luft gebrannt, wobei schädliche oder giftige N0„-Dämpfe abgetrieben werden. Die auf diese Weise erzeugte, im wesentlichen aus Gamma-Alumjniumoxid bestehende Beschichtung ist dicht verankert an der Folie und zur Imprägnierung mit Edelmetallkatalysatoren gut geeignet.

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Die Gamina-Aluminiumoxidbeschichtung wird mit einer Kombination aus Grundmetallen einschließlich Barium, daß das Gamma-Aluminiumoxid und ebenfalls eine Edelmetalldispersion stabilisiert, und Cer, das die Sauerstoffspeicherung befördert, imprägniert. Eine wässrige Lösung, welche 0,03 g/ml Bariumnitrat und 0,05 g/ml Cernitrat enthält, wird mit einem Schwamm auf beide Folienflächen gleichmäßig mit einer Rate von etwa 1 ml pro g Aluminiumoxidbeschichtung aufgetragen. Die Folie wird wieder 4 h bei 55O°C ausgeheizt. Die sich so ergebende Beschichtung enthält etwa 2% (Gew.-%) Barium in Oxidform und etwa 2 Gew.-% Cer in Oxidform.

Die in Fig. 1,2 und 3 gezeigte bevorzugte beschichtete und gewellte Folie 10 besteht aus einem Metallsubstrat 11, das mit Aluminiumoxidschichten 12 versehen ist. Die Folie 10 zeigt Kanten 13, eine erste Oberfläche 14 und eine zweite Oberfläche 16. Eine senkrecht zu den Kanten 13 liegende Querfaltungsachse 18 unterteilt die erste Oberfläche 14 in Längsrichtung in eine erste Hälfte 20 und eine zweite Hälfte 22, und unterteilt in gleicher Weise die zweite Oberfläche 16 in eine darauf bezügliche erste Hälfte 24 und zweite Hälfte 26, wobei diese jeweils entgegengesetzt zu den Hälften 20 bzw. 22 liegen. Durch die Achse 18 wird die Folie 10 nicht exakt halbiert, sondern die Achse liegt so nach einer Seite verschoben, daß die ersten Hälften 20 und 24 jeweils eine Länge von 9,3m und die zweiten Hälften 22 und 26 eine Länge von 9,0 m aufweisen. Durch diesen Unterschied ergibt sich eine Überdeckung von einer ganzen Windung beim fertigen Aufbau und dieser Aufbau wird dadurch kreisförmiger. Wie bereits beschrieben, ist die Wellung der Folie 10 nach einem Fischgrat- oder Zick-Zack-Muster angeordnet. Wie Fig. 2 zeigt, besitzt die gewellte erste Oberfläche 14 Gipfel 28 und Täler 30, die unmittelbar gegenüber von Tälern 32 bzw. Gipfeln 34 der zweiten Oberfläche 16 liegen.

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Erfinduhgsgemäß wird die Gamma-Aluminiumbeschichtung auf der Folie 10 mit zwei unterschiedlichen Edelmetallzusammensetzungen imprägniert. Eine Lösung einer ersten Zusammensetzung wird so vorbereitet, daß volumetrisch etwa 1,4 g Tetraaminplatin (II)-Chlorid und etwa 0,11 g Pentaaminrhodium(III) Chlorid in 125 ml Wasser gelöst werden. Diese Amin-Komplexgewichte entsprechen 0,8 g (0,025 tr.oz.) Platin und 0,04 g (0,00125 tr.oz.) Rhodium. In entsprechender Weise wird eine zweite Lösung durch volumetrisches Auflösen von O,76 g Tctraaminpalladium(II)-Chlorid und etwa 0,11 g Pentaaminrhodium(III)-Chlorid in 125 ml Wasser vorbereitet, entsprechend 0,<p3 g (0,01 tr.oz.) Palladium und 0,O4 g (0,00125 tr.oz.) Rhodium.

Die Katalysatorlösungen werden auf die Folienoberflächen 14 und 16 unter Benutzung von Schwammaufträgern 36 und 38 aufgebracht, die so ausgelegt sind, daß sie einander gegenüberliegende Folienoberflächen gemäß Fig. 2 überstreifen. Die Platin-Rhodium-Lösung wird über eine Bürette 42 in einen Kolben 44 zugemessen, welcher mit dem Aufbringer oder Applikator 36 verbunden ist. In dem Kolben 44 wird ein konstantes Volumen der Lösung gehalten und kontinuierlich der Applikator 36 mit einem gesteuerten Lösungsdruck befeuchtet und dadurch die Lösung mit einer vorbestimmten Rate aufgetragen. In gleicher Weise wird eine Palladium-Rhodium-Lösung aus einer zweiten Bürette 46 in einen zweiten, mit dem Applikator 38 verbundenen Kolben 48 zugemessen. Der Kolben 48 hält in gleicher Weise wie der Kolben 44 einen gleichmäßigen Lösungsstrom aufrecht. Wie in Fig. 2 gezeigt, wird die Folie 10 anfangs in Richtung des Pfeils 40 vorgeschoben, so daß der Applikator 36 die Platin-Rhodium-Lösung auf die erste Hälfte 20 der ersten Oberfläche 14 aufträgt, und der Applikator 38 eine Palladium-Rhodium-Lösung auf die erste Hälfte 24 der zweiten Oberfläche 16. Sobald die Achse 18 erreicht wird, wird die Folie 10 gewendet, so daß der Applikator 36 nun eine Platin-Rhodium-Lösung auf die zweite Hälfte 2 6 der

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zweiten Fläche 16 und der Applikator 38 eine Palladium-Rhodium-Lösung auf die zweite Hälfte 22 der ersten Oberfläche 14 aufträgt. Die gesamten Lösungs-Volumina werden gleichmäßig auf die jeweiligen Oberflächen aufgetragen. Danach wird die Beschichtung an Luft getrocknet und 4 h bei 55O°C in einer Atmosphäre aus 4 Vol.-% H„ und 96 Vol.-% N„ ausgeheizt. Dieser Ausheizvorgang zerstört die Aminkomplex-Salze und rtxiuziert die Edelmotalle in ihren elementaren und katalytisch aktiven Zustand.

Nach Fig. 3 bis 7 wird die mit Katalysator versehene Folie 10 gefaltet und zu einem bevorzugten Katalysatorwandleraufbau 50 nach Fig. 7 gewickelt. (Um die Verständlichkeit der Figuren nicht zu beeinträchtigen, sind das Metallsubstrat 11 und die Beschichtungen 12 nicht mehr getrennt dargestellt.) Wie in Fig. 3 gezeigt wird die Folie 10 um die Achse 18 abgebogen, um sie (etwa) in der Hälfte in Längsrichtung so zu falten, daß die erste Hälfte 20 der ersten Oberfläche 14 der zweiten Hälfte 22 dieser Oberfläche gegenüberliegt. Wegen der schrägen Ausrichtung der Gipfel 28 und der Täler 30 in dem Fischgrätmuster kann die Folie sich nicht ineinander verhängen, sondern liegt mit den Tälern so aufeinander auf, daß Durchlässe 52 gebildet werden.

Fig. 4 zeigt einen Abschnitt einer gefalteten Folie' 10 längs einer Schnittebene, in der sich die Gipfel 2 8 berühren. Längs anderen Schnittebenen liegen die Gipfel 2 8 den Tälern 30 genau gegenüber, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, jedoch werden sie von einem Einliegen durch die Anlage der Gipfel in den Ebenen wie in Fig. 4 gehindert. Da die erste Hälfte 20 einen Platin-Rhodium-Katalysator und die zweite Hälfte 22 einen Palladium-Rhodium-Katalysator trägt, sind an den Durchlässen 52 unterschiedliche Katalysatorzusammensetzungen an den gegenüberliegenden Oberflächen vorhanden.

Nach dem Falten liegt die erste Hälfte 24 der zweiten Oberfläche 16 entgegengesetzt zur zweiten Hälfte 26 dieser Oberfläche voneinander abgewendet nach außen. Die Folie wird dann um die Achse 18 gewickelt, d.h. um die Faltung, so, daß die erste halbe Oberfläche 24 sich außerhalb der zweiten halben Oberfläche 26 befindet, wie in Fig. 6 gezeigt. Während des Wickeins wird dann die erste Hälfte 24 der zweiten Oberfläche 16 in Gegenüberlage zur zweiten Hälfte 26 gebracht und die Wellungsgipfel kreuzen wieder einander, um zusätzliche Durchlässe 52 entsprechend dem Faltungsvorgang zu ergeben. Da die erste Hälfte 24 einen Palladium-Rhodium-Katalysator und die zweite Hälfte 26 einen Platin-Rhodium-Katalysator trägt, besitzen ebenfalls die Begrenzungen der durch das Wickeln gebildeten Durchlässe 52 unterschiedliche Katalysatoren. Die Folie 10 wird dann vollständig zu einem Wandleraufbau 50 nach Fig. 7 aufgewickelt. Der Aufbau 50 ist zum Einsetzen in ein Kraftfahrzeug-Abgassystem zur Behandlung der darin fließenden Abgabe geeignet. Die Gase durchströmen die Durchlässe 52 und berühren gleichzeitig die unterschiedlichen Platin- und Palladium-Katalysatoren, die getrennt an entgegengesetzt liegenden Oberflächen der Durchlässe verteilt sind.

Bei dieser bevorzugten Ausführung wird die Folie 10 in getrennten Verfahrensschritten gefaltet und danach gewickelt, um den bevorzugten Wandleraufbau 50 nach Fig. 7 zu bilden. Bei einer alternativen Ausführung wird ein Aufbau ohne einen besonderen Faltungsvorgang gebildet. Nach Fig. 8 wird die Folie 10 schleifenförmig um zwei Stützen 54 in "S"-Form so gelegt, daß die Querachse 18 zwischen diesen Stützen 54 liegt. Die Stützen werden dann um die Achse 18 zum Umlaufen gebracht, um die Folie 10 zu einem Wandleraufbau zu wickeln. Der Aufbau ist im wesentlichen gleichartig wie der Aufbau 50 nach Fig. 7, besitzt jedoch einen mehr oder weniger elliptischem Querschnitt, je noch dem Abstand der Stützen

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54 voneinander. Der Wickelvorgang bringt die erste Hälfte 20 der ersten Oberfläche 14 gegenüber der zweiten Hälfte 22, dieser zugewendet, und die erste Hälfte 54 der zweiten Hälfte 16 wiederum zugewendet der zweiten Hälfte 26. Da die Oberflächenhälften 20 und 26 Platinkatalysator und die Flächenhälften 22 und 24 Palladium-Katalysatoren besitzen, sind auch in diesem Fall die Gasdurchlässe durch den Aufbau so gestaltet, daß an getrennten, einander entgegengesetzt liegenden Oberflächen erfindungsgemäß unterschiedliche Katalysatoren vorhanden sind.

Bei den beschriebenen Ausführungen werden Rhodium und die Grundmetalle gleichmäßig über alle Folienflächen verteilt. Die katalytische Wirksamkeit von Rhodium ist, wie angenommen wird, bei niedrigen Konzentrationen optimal. Da aber Rhodium dazu neigt, mit Platin eine Legierung oder einen Sinterkörper zu bilden, kann vorteilhafterweise eine Trennung zwischen Platin und Rhodium an entgegengesetzt liegenden Durchlaßflächen erzielt werden. In ähnlicher Weise tendiert auch Cer zu einer schädlichen Reaktion mit Platin. Es können unterschiedliche Grundmetallzusammensetzungen auf einzelne Folienteilflächen so aufgetragen werden, daß Cer zusammen mit Palladium, jedoch getrennt von Platin vorkommt. Auf diese Weise kann die Erfindung zur Präparierung getrennter Folienteilflächen durch Aufnahme bestimmter Katalysatoren angewendet werden. Weitere Vorteile können durch Verwendung anderer Katalysatoren und anderer Grundmetalle erreicht werden.

Es ist die bevorzugte Fischgrät-artige Wellung beschrieben worden, jedoch können gleichartige Durchlässe auch so gebildet werden, daß Folien mit schräg zu den Folienkanten verlaufenden, jedoch in sich geradlinig durchlaufenden Wellungen versehen werden. Bei einer weiteren Ausführung werden geeignete Aufbauten

dadurch gebildet, daß zwei Folien (mit jeweils einer Katalysatorzusammensetzung) zusammengewickelt werden, statt eine einzige Folie zu falten. Es ergibt sich dadurch ein Vorteil, daß die Katalysator-Zusammensetzungen einfach auf einen kontinuierlichen Streifen aufgetragen werden, der daraufhin auf die erforderliche Länge zugeschnitten wird.

Damit ergibt diese Erfindung einen Monolith-artigen Katalysatorwandler mit zwei unterschiedlichen Katalysatorzusammensetzungen, die getrennt zur kontinuierlichen gleichzeitigen Behandlung von Kraftfahrzeugabgasen verteilt sind, und ein Verfahren zur Herstellung dieses Wandlers.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug-Katalysatorwandler geschaffen mit einem Wickelfolienaufbau, der Gasdurchlässe enthält, die durch Folienflächen aufeinanderfolgender Windungen definiert sind, wobei die Oberflächen unterschiedliche Katalysatozusammensetzungen tragen. Miteinander wenig verträgliche Katalysatorzusammensetzungen sind so getrennt auftragbar, um optimale Wirkung der einzelnen Zusammensetzungen zu gewährleisten, und die Gase trotzdem gleichzeitig behandeln zu können.

Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für diesen Wandleraufbau umfaßt das Wellen einer Metallfolie, das Aufbringen von mindestens zwei unterschiedlichen Katalysatorzusammensetzungen auf ausgewählte Oberflächenteile dieser Folie und das Wickeln der beschichteten Folie in solcher Weise, daß die Wellungen Gasdurchlässe bilden und die einander zugewandten, die Gasdurchlässe begrenzenden Folienflächen unterschiedliche Katalysatorzusammensetzungen tragen.

it

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Wickelfolienaufbau (50) zur katalytischen Behandlung eines Gases, mit einem durch einander gegenüberliegende erste Folienoberfläche (14, 20; 16, 24) und zweite
Folienfläche (14, 22; 16., 26) bestimmten Gasdurchlaß (52), dadurch gekennzeichnet , daß die erste (14, 20; 16, 24) und die zweite Oberfläche (14, 22; .16, 26) jeweils unterschiedliche Katalysatorzusammensetzungen zur gleichzeitigen Berührung mit den durch den Gasdurchlaß (52) strömenden Gasen tragen.
2. Katalysatorwandleraufbau (50) zur katalytischen Behandlung von durch einen Durchlaß in dem Aufbau strömen-

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den Gauen, wobei der Aufbau' gewickelte Wellfolie (10) und einen Gasdurchlaß (52) zwischen einander benachbarten Schichten (14, 16) der Folie umfaßt, der durch eine äußere Folienfläche (22) der einen der beiden benachbarten Schichten und eine innere Folienfläche (20) der anderen benachbarten Schicht bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche (22) eine erste Katalysatorzusammensetzung an sich trägt und daß die innere Oberfläche (20) eine zweite, von der ersten Katalysatorzusammensetzung unterschiedliche Katalysatorzusammensetzung an sich trägt, wobei die Zusammensetzungen zusammenwirkend eine beabsichtigte Behandlung von durch den Durchlaß (22) fließenden Gasen bewirken.
3. Aufbau nach Anspruch 2, der im wesentlichen zylindrisch ist und eine gewickelte Aluminiumoxid-bedeckte Metallwellfolie (10) und einen durch eine äußere Folienoberfläche (22) einer Windung und einer inneren Folienoberfläche (20) der nächstfolgenden Windung bestimmten axialen Gasdurchlaß besitzt, dadurch gekennzeichnet , daß die äußere Oberfläche (22) einen aus der aus Platin und Palladium bestehenden Gruppe ausgewählten Katalysator an sich trägt, und die innere Oberfläche (20) getrennt den anderen Katalysator aus dieser Gruppe an sich trägt.
4. Verfahren zur Herstellung eines Gasbehandlungs-Katalysatoraufbaus (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche unter Verwendung mindestens eines Folienelements (10), dadurch gekennzeichnet , daß auf eine erste Folienoberfläche (20) eine erste Katalysatorzusammensetzung aufgebracht wird, daß eine zweite, von der ersten Zusammensetzung verschiedene Katalysatorzusammensetzung auf eine

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zweite, von der ersten Folienoberfläche getrennte Folienoberfläche (22) aufgebracht wird und daß die Folie (10) so aufgewickelt wird, daß die erste Folienoberfläche (20) der zweiten Folienoberfläche (22) zugewendet gelegt und der Gasdurchlaß (52) zwischen diesen gebildet wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines Wickelfolien-Katalysatoraufbaus (50) zur Behandlung von Gasen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Katalysatorzusammensetzung auf im wesentlichen eine Längshälfte (20) einer Seite (14) einer Metallfolie (10) aufgebracht wird, daß eine zweite Katalysatorzusammensetzung auf die verbleibende Längshälfte (22) der Folienseite (14) aufgebracht wird, wobei die Längshälften längs einer querliegenden Achse (18) an der Folienseite aneinandergrenzen, daß die erste Katalysatorzusammensetzung auf im wesentlichen eine Längshälfte (26) einer entgegengesetzt liegenden Seite (16) der Folie (10) aufgebracht wird, daß die zweite Katalysatorzusammensetzung auf die restliche Längshälfte (24) der entgegengesetzten Folienseite aufgebracht wird, und daß die beschichtete Folie um die Querachse (18) gewickelt wird, um einen allgemein zylindrischen Aufbau (50) mit axialen Durchlässen (52) zu bilden, wobei der Wickelvorgang so ausgeführt wird, daß die erste Hälfte (20, 26) jeder Seite der jeweiligen zweiten Hälfte (22, 24) der gleichen Seite gegenüberliegt und die Axialdurchlässe bestimmt, welche entgegengesetzt zueinander angeordnete bestimmte Katalysatoren umfassen, die den Gasdurchlaß bilden.
6, Verfahren zur Herstellung eines Wickelfolien-Katalysatorwand ler au fb aus (50) entsprechend einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Katalysatorzusammensetzung auf im wesentlichen

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eine Längshälfte (20, 26) der entgegengesetzt liegenden ersten (14) und zweiten (16) Seiten einer gewellten Metallfolie (10) aufgetragen wird, daß eine von der ersten verschiedene zweite Katalysatorzusammensetzung auf die verbleibenden Längshälften (22, 24) der ersten und zweiten Seiten der Folie aufgebracht wird , wobei die beiden Hälften der Seiten längs einer Querachse (18) der Folie (1O) anexnandergrenzen, daß die beschichtete Folie (10) im wesentlichen in Längsrichtung halbiert längs der Querachse (18) gefaltet wird, so daß eine Hälfte (20) der ersten Seite (14) der restlichen Hälfte (22) der ersten Seite (14) zugewendet liegt und die Wellungen sich durch den Faltaufbau erstreckende Durchlässe (52) bilden, und daß die gefaltete Folie um die Querachse so gewickelt wird, daß ein allgemein zylindrischer Aufbau (50) entsteht, woraufhin die eine Hälfte (26) der zweiten Seite (16) der verbleibenden Hälfte (2 4) der zweiten Seite (16) zugewendet liegt und die Wellungen axiale Durchlässe (52) bilden, die durch einander zugewendet liegende, separate und unterschiedliche Katalysatoren tragende sowie die Gasdurchlässe bildende Flächen bestimmt sind.
7. Verfahren zur Herstellung eines Wickelfolien-Katalysatorwandler-Aufbaus (50) gemäß einem Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste, Platin, jedoch nicht Palladium enthaltende Katalysatorzusammensetzung auf im wesentlichen eine Längshälfte (20,

Seite ' 26) einer ersten (14) und einer zweiten (16) einer mit Gamma-Aluminiumoxid-beschichteten, in Fischgrätmuster gewellten Metallfolie (10) aufgebracht wird, daß eine zweite, Palladium, jedoch nicht Platin enthaltende Katalysatorzusammensetzung auf die verbleibende Längshälfte (22, 24) der ersten und der zweiten Seiten (14, 16) der Folie aufgebracht wird, wobei die Platin-bedeckte

und die Palladium-bedeckte Hälfte längs einer Querachse (18) der Folie aneinandergrenzen, daß die Folie im wesentlichen in Hälften längs der Querachse gefaltet wird, woraufhin eine Hälfte (20) der ersten Seite (14) der verbleibenden Hälfte (22) der ersten Seite (14) zugewendet liegt und die Fischgrätmuster-Wellungen sich durch den gefalteten Aufbau erstreckende Durchlässe (52) bilden, und daß die gefaltete Folie um die Querachse zur Ausbildung eines allgemein zylindrischen Aufbaus gewickelt v/ird, woraufhin die eine Hälfte (26) der zweiten Seite (16) der verbleibenden Hälfte (2 4) der zweiten Seite (16) gegenüberliegt und die Fischgrat-artigen Wellungen axiale Durchlässe (52) mit einander zugewendet liegenden, getrennt daran Platin- und Palladiumkatalysatoren tragende Axialdurchlässe (52) bilden, welche den Gasdurchlaß bilden.