DE4128924A1 - Electrically heated catalyst converters - Google Patents

Electrically heated catalyst converters

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DE4128924A1
DE4128924A1 DE19914128924 DE4128924A DE4128924A1 DE 4128924 A1 DE4128924 A1 DE 4128924A1 DE 19914128924 DE19914128924 DE 19914128924 DE 4128924 A DE4128924 A DE 4128924A DE 4128924 A1 DE4128924 A1 DE 4128924A1
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catalyst carrier
carrier according
catalyst
metal foil
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DE19914128924
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Inventor
Paul Anthony Battiston
David Rudolph Sigler
David Russell Lancaster
Daniel William Wendland
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Motors Liquidation Co
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Motors Liquidation Co
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch beheiz ten Katalysator-Wandler zur Verwendung bei der Reinigung der Abgase einer Brennkraftmaschine. The present invention relates to an electrically beheiz th catalyst converter for use in the purification of exhaust gases of an internal combustion engine.

Manche Kraftfahrzeug-Abgassysteme enthalten Katalysator-Wand ler und andere Abgasemissions-Steuersysteme, um bei der Rei nigung der hindurchtretenden Abgase Hilfestellung zu lei sten. Some automotive exhaust systems contain ler and other exhaust emission control systems catalyst wall to the passing exhaust gases nigung assistance to lei most at Rei. Ein Katalysator-Wandler ist ein Gerät, in dem ein Kata lysator an der Oberfläche einer Stützstruktur verteilt ist, durch welche die Abgase strömen. A catalyst converter is a device in which a Kata is lyst distributed on the surface of a support structure, through which the exhaust gases flow. Wenn die Abgase durch den Katalysator-Wandler hindurchtreten, reagieren unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoffmonoxid und Stickoxide in den Abgasen mit dem Katalysator zur Bildung von Kohlenstoffdi oxid, Wasserdampf bzw. Stickstoff. When the exhaust gases pass through the catalyst converter, unburned hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides in the exhaust gases react with the catalyst to form Kohlenstoffdi oxide, water vapor and nitrogen. Damit diese Reaktionen eintreten, muß das Abgas bei der richtigen chemischen Zusam mensetzung gehalten werden und der Katalysator muß eine aus reichend hohe Temperatur besitzen. In order for these reactions occur, the exhaust gas must be maintained at the proper mensetzung Chemical for and the catalyst must have a from reaching high temperature. Während des Warmlaufens nach einem Kaltstart strömen Schadstoffe im wesentlichen ohne Reaktion durch den Wandler, bis der Katalysator sich auf eine Einsetztemperatur (light-off temperature) erwärmt, bei der die Reaktionen ein bedeutsames Ausmaß erreichen. During warm-up after a cold start pollutants substantially flow without reaction by the converter, heated until the catalyst to an onset temperature (light-off temperature) at which the reactions reach a significant extent. Die Wirksamkeit des Katalysators nimmt dann weiter zu, bis der Wandler vollständig erwärmt ist und seine Betriebstemperatur erreicht hat. The effectiveness of the catalyst then continues to increase until the converter is fully heated and has reached its operating temperature.

Um die Menge der während des Warmlaufens aus dem Endrohr emittierten Schadstoffe zu reduzieren, wurden verschiedene Verfahrensweisen vorgeschlagen, durch die die Wandlertempera tur dazu gebracht werden soll, schneller anzusteigen. To reduce the amount of emitted during warm-up from the tailpipe pollutants, various methods have been proposed by the converter tempera ture to be caused to rise faster. Dazu gehört: den Wandler dichter an die Maschine zu verlegen, das Abgassystem zwischen Maschine und Wandler mit Wärmeisolie rung zu versehen, die thermische Masse des Abgassystems zwi schen Maschine und Wandler herabzusetzen und den Wandler elektrisch zu beheizen. This includes: to move the converter closer to the engine to provide the exhaust system between the engine and converter with thermoinsulating tion to reduce the thermal mass of the exhaust system Zvi rule engine and converter and to heat the converter electrically.

In US-A 37 70 389 wird ein elektrisch beheizter Wandler be schrieben, der aus einer plattenrippen-gewellten Metallfolie (plate-fin corrugated metal foil) aufgebaut ist, welche mit Aluminiumoxid beschichtet und spiralig aufgewickelt ist. In US-A 37 70 389 an electrically heated converter will be written, which is (plate-fin corrugated metal foil) made up of a plate-fin-corrugated metal foil which is coated with alumina and spirally wound. Die Beschichtung ergibt eine Isolation zwischen benachbarten Fo lienschichten und trägt die als Katalysator benutzten Edelme talle. The coating provides insulation between adjacent Fo foil layers and carries the precio used as catalyst metals. Die Folie wird dadurch beheizt, daß über ihre Längser streckung eine Spannung angelegt wird. The film is heated characterized in that stretching over their Längser a voltage is applied.

Ein Problem mit dem Wandler nach US-A 37 70 389 bilden die elektrischen Kurzschlüsse, die zwischen den Folienschichten auftreten können. A problem with the transducer according to US-A 37 70 389 form the electrical short circuits that may occur between the film layers. Außerdem haben Versuche gezeigt, daß gewic kelte Wandler des Typs nach dieser US-A 37 70 389 durch Auf wickeln und Ausstoßen der Folienschichten ausfallen können, so daß Probleme mit der Haltbarkeit bestehen. In addition, experiments have shown that gewic celt converter of the type according to this wrap and US-A 37 70 389 by discharging on the film layers can fail, so that problems with the durability exist. Verfahren, um das Aufwickeln zu verhindern, wie Hartlöten oder mechani sches Befestigen der Folie, können nicht eingesetzt werden, da sie Kontakt von Metall auf Metall zwischen den Folien schichten hervorrufen. A method to prevent the winding, such as brazing or mechanical ULTRASONIC attaching the film can not be used, since they produce layers of metal on metal contact between the films. Außerdem sind gewickelte Wandler nur mit entweder kreisförmigen oder ovalen Querschnitten möglich und viertens ergibt der Plattenwellaufbau, bei dem benachbar te Folienschichten Linienkontakt miteinander haben, erhöhte Kurzschlußgefahr, und es wird auch die thermische Masse des Gerätes erhöht, dh es dauert länger, bis die Einsetztempe ratur erreicht wird. Also included are wound transformer with either circular or oval cross-sections possible and fourth results of the plate corrugated structure in which benachbar te film layers line contact with each other, increased risk of short circuit, and it will also increase the thermal mass of the device, that is, it takes longer for the Einsetztempe temperature is achieved.

Ein weiteres Problem bei den erwähnten Geräten nach dem Stand der Technik besteht darin, daß die Geräte einen sehr hohen Strom von ca. 500 bis 600 A aus der 12 V-Fahrzeugbatte rie ziehen. Another problem with the devices mentioned in the prior art is that the devices draw a very high current of approximately 500 to 600 A from the 12 V-Fahrzeugbatte rie. Derartige Stromwerte sind unerwünscht in Hin blick auf die Batterielebensdauer. Such power values ​​are undesirable in view of the Hin battery life. Zusätzlich sind derartige Systeme mit niedriger Spannung und hohem Strom auch vom Wir kungsgrad her unerwünscht, da ein beträchtlicher Anteil des Systemwiderstandes und des Leistungsverbrauchs in den Zulei tungen auftritt. In addition, such systems are low voltage, high current and the level of efficiency and forth undesirable because a significant portion of the system resistance and power consumption in the Zulei obligations occurs.

Die vorliegende Erfindung ist daraufhin gerichtet, einen ver besserten Katalysatorträger zur Verwendung bei einem Kataly sator-Wandler zu schaffen. The present invention is then directed to provide a ver improved catalyst support for use in a Kataly sator converter.

Dieses Ziel wird erreicht mit einem Katalysatorträger nach Anspruch 1. This object is achieved with a catalyst carrier according to Claim. 1

Der Metallfolienstreifen ist vorzugsweise ein gewellter Streifen aus einer Fe-Cr-Al-Legierung. The metal foil strip is preferably a corrugated strip of a Fe-Cr-Al alloy. Die bevorzugte Wel lung besteht aus abwechselnden Winkelstreifen, dh einem Fischgrätmuster, wodurch der Folienstreifen wiederholt auf sich selbst zurückgefaltet werden kann, um so einen Mono lith-Quader zu bilden, ohne das Problem, daß sich benachbar te Schichten ineinander verhaken. The preferred Wel lung consists of alternating stripes angle, ie a herringbone pattern, whereby the foil strips can be repeatedly folded back on itself so as to form a mono-lith cuboid without that benachbar te layers entangle the problem into one another. Zusätzlich ist ein Vorteil einer Wellung mit Fischgrätmuster darin zu sehen, daß die Gefahr des Auftretens von elektrischem Kurzschluß zwischen benachbarten Folienschichten herabgesetzt wird, da der Kon takt zwischen den Schichten auf Punktkontakte beschränkt ist statt des Linienkontakts bei Verwendung des üblichen Platten wellungsaufbaus. In addition, an advantage of an undulation with a herringbone pattern can be seen in the fact that the risk of the occurrence is reduced from an electrical short circuit between adjacent film layers, as the con tact is confined between the layers of point contacts rather than the line contact when using the usual plates wellungsaufbaus. Bei einer bestimmten Eintrittsflächengröße erfordert die Fischgrätwellung normalerweise weniger Folie als eine Plattenwellung bei gleichem Durchsatz, und auf diese Weise kann die thermische Masse reduziert werden. In a particular entry surface size the Fischgrätwellung normally requires less film than a Plattenwellung with the same throughput, and in this way the thermal mass can be reduced.

Der elektrische Widerstand des Folien-Monolithen wird vor zugsweise daraufhin ausgelegt, daß er an die von der Lei stungsversorgung erzielbare Spannung und Leistung angepaßt ist, wodurch ein maximaler Heizwirkungsgrad erreicht wird. The electrical resistance of the foil monolith is designed preferably before then, that it is adapted to the stungsversorgung recoverable from the Lei voltage and power, thereby providing maximum heating efficiency is achieved. Eine derartige Widerstands-Anpassung wird eine Funktion des spezifischen Widerstands und der Abmessungen der Folie sein, bei denen, wenn Fischgrätwellung benutzt wird, die Geometrie dieser Fischgrätwellung berücksichtigt werden muß. Such a resistance-adjustment will be a function of the resistivity and the dimensions of the film in which, when Fischgrätwellung is used, the geometry of this Fischgrätwellung must be considered. Beim Aus legen des Widerstandswertes des Monolithen auf eine bestimm te Leistungsquelle kann dann ein System mit hoher Spannung und niedrigem Strom eingesetzt werden. When removing the resistance of the monoliths place it on a limited hours th power source is a system with high voltage and low current can then be used. Die Verwendung einer solchen Leistungsversorgung kann verschiedene beim Einsetzen der 12 V-Leistungsversorgung der Kraftfahrzeugbatterie auf tretende Probleme beseitigen. The use of such power supply can eliminate various upon insertion of the 12 V power supply to the motor vehicle battery to the resulting problems.

Der Folienstreifen ist mit einer isolierenden Schicht be deckt, um benachbarte Folienschichten beim Falten gegeneinan der zu isolieren. The film strip is covered with an insulating layer be to isolate adjacent film layers in the folding of the gegeneinan. Der Metallfolienstreifen besitzt eine Oxid schicht, vorzugsweise eine Aluminiumoxidschicht, die im we sentlichen die gesamte Oberfläche des Streifens bedeckt. The metal foil strip has an oxide layer, preferably an aluminum oxide layer, which we sentlichen in the entire surface of the strip covered. Obwohl verschiedene Oxidschichtmorphologien zufriedenstel lend wirken können (z. B. Knoten, Rosetten oder Blätter), wird eine Schicht mit Whiskern mit hohem Querschnittsverhält nis bevorzugt. Although various Oxidschichtmorphologien satisfied stel can act lend (z. B. nodes rosettes or sheets) is a layer of whiskers having a high section behaves nis preferred. Eine wärmebeständige, elektrisch isolierende Schicht kann dann über dieser Aluminiumoxidschicht aufgetra gen werden. A heat-resistant, electrically insulating layer may then gen aufgetra over this alumina layer.

Die Isolierende Schicht kann eine Aluminiumoxidgel-Schicht umfassen, auf die eine Aluminiumoxid-Waschschicht folgt. The insulating layer may comprise an alumina layer to which an alumina wash coat follows.

Bei der praktischen Ausführung erzielen die Whisker der Alu miniumoxidschicht eine Kapillarwirkung, die dazu hilft, daß die Aluminiumoxidgel-Beschichtungslösung, die vorzugsweise vor der Waschschicht aufgetragen wird, gleichmäßig die Fo lienfläche bedeckt und sich eng mit ihr verbindet. In the practice of the whiskers of aluminum miniumoxidschicht achieve a capillary effect, which helps to the fact that the alumina-coating solution is preferably applied before the wash layer, the uniformly Fo lien area covered and connects tightly with it. Die Gel- Beschichtung kann eine ausgezeichnete Grundlage für das Auf bringen der Waschschicht schaffen, da das getrocknete Gel teilweise bei Berührung mit der nassen Waschschicht wieder in Lösung geht und dadurch eine ausgezeichnete Bindung zwi schen den Beschichtungen bildet. The gel coating can bring an excellent basis for the on creating since the dried gel is partly in contact with the wet scrubbing layer back into solution and thereby excellent bonding Zvi rule forming the coatings of the scrubbing layer.

Elektrische Zuleitungen werden an den beiden Enden des Fo lienstreifens angebracht, und der Folien-Monolith wird vor zugsweise in ein nichtleitendes Material (z. B. einer Keramik matte) eingeschlagen, um den Monolithen gegen den Außenman tel zu isolieren. Electrical leads are attached to the both ends of the Fo lien strip, and the foil monolith is wrapped (matte z. B. a ceramic) prior preferably in a non-conductive material to insulate the monolith from the Außenman tel. Um den Monolithen aufzuheizen, wird eine Spannung in seiner Längsrichtung angelegt. In order to heat the monolith, a voltage is applied in its longitudinal direction.

Die Erfindung kann einen beheizten Metall-Monolithen schaf fen mit einer sehr dauerhaften Ausgestaltung, die nicht auf die ovalen oder runden Formen von früheren spiralgewickelten Folienwandler begrenzt ist. The invention may include a heated metal monoliths sheep fen with a very durable design that is not limited to the oval or round shapes from previous spirally wound film converter. Zusätzlich kann eine Auslegung mit hohem Widerstand, dh mit einem durch bestimmte Abmes sungs-Auslegungskriterien bestimmten Widerstand die Verwen dung einer elektrischen Versorgung mit hoher Spannung und ge ringen Stromwerten zulassen. In addition, a design with high resistance, ie with a specific by certain dimen Sung-design criteria resistance USAGE the dung an electrical supply of high voltage and ge rings allow current values.

Dazu schafft die Erfindung einen Katalysator-Wandler nach An spruch 10. For this purpose, the invention provides a catalyst converter according to demanding 10th

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei spielsweise näher erläutert; The invention is explained below with reference to the drawing in play; in dieser zeigt: This shows:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise aufgeschnit tene Darstellung einer Ausführung eines Kata lysator-Wandlers; Fig. 1 is a perspective, partially aufgeschnit tene view of an embodiment of a Kata lyst converter;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des elektrisch beheizten Metallfolien-Monolithen des Kataly sator-Wandlers aus Fig. 1; Figure 2 is a schematic illustration of the electrically heated metal foil monolith of Kataly sator converter of Fig. 1.

Fig. 3 eine Teilschnittdarstellung einiger Schich ten des elektrisch beheizten Metallfolien- Monolithen aus Fig. 2; Fig. 3 is a partial sectional view of some Schich th of the electrically heated metal foil monolith of Fig. 2;

Fig. 4 eine teilweise aufgeschnittene Draufsicht auf einige Schichten des elektrisch beheiz ten Metallfolien-Monolithen aus Fig. 2; Fig. 4 is a partially cutaway plan view showing some layers of the electrically beheiz th metal foil monolith of Fig. 2; und and

Fig. 5 eine Teil-Endansicht des elektrisch beheiz ten Metallfolien-Monolithen aus Fig. 2. Fig. 5 is a partial end view of the electrically beheiz th metal foil monolith in FIG. 2.

Fig. 1 zeigt eine Katalysator-Wandleranordnung 10 , die zum Reinigen der von einer Brennkraftmaschine emittierten Abgase eingesetzt wird. Fig. 1 shows a catalytic converter arrangement 10 which is used for cleaning the light emitted by an internal combustion engine exhaust gases. Die Anordnung 10 besitzt eine elektrisch be heizbare Katalysatorträgereinheit 12 in einem Behälter 14 , der obere und untere aneinander angepaßte Mäntel aufweist. The assembly 10 has an electrically heatable be a catalyst carrier unit 12 in a container 14 having upper and lower coats adapted to each other. Der Behälter 14 ist so gestaltet, daß er die Aufnahme der Ka talysator-Wandleranordnung 10 in ein (nicht dargestelltes) Motorabgassystem zuläßt und wird allgemein aus Edelstahl oder einem anderen in der Abgasumgebung unter dem Fahrzeug körper entsprechend dauerhaften Material hergestellt. The container 14 is designed so that it permits the inclusion of the Ka talysator transducer array 10 in a (not shown) engine exhaust system and is generally made of stainless steel or another in the exhaust gas environment under the vehicle body in accordance with durable material.

Wenn es auf diese Weise installiert ist, treten den Motor verlassende Abgase in den Behälter 14 am Einlaß 16 ein, durchlaufen die Katalysatorträgereinheit 12 , wobei schädli che Abgasbestandteile in weniger schädliche Substanzen gewan delt werden, und verlassen daraufhin den Behälter am Auslaß 18 . When installed in this manner, contact exiting the engine exhaust gases into the vessel 14 at inlet 16, pass through the catalyst carrier unit 12, wherein schädli che exhaust gas components to less harmful substances Gewan be punched, and leave then the container at the outlet of the eighteenth

Die Katalysatorwandler-Anordnung 10 ist hier zwar so darge stellt, daß sie ein einzige elektrisch beheizte Katalysator trägereinheit 12 enthält, es ist jedoch auch möglich, gleich artige Einheiten mit mehreren Katalysatorträgern, sowohl be heizt wie unbeheizt, zu versehen. The catalytic converter arrangement 10 is here in such a way Darge is that they only support unit an electrically heated catalyst contains 12, but it is also possible, identical units with a plurality of catalyst supports, both be heated as unheated, to be provided. In einem solchen Fall wird die elektrisch beheizte Katalysatorträgereinheit 12 zustrom seitig zu den unbeheizten Katalysatorträgern angeordnet, oder in anderen Worten im Einlaßbereich des Katalysator-Wand lers, so daß ein Beheizen der Einheit 12 auch das Einsetzen des Wandlers (dh den Beginn wirksamer chemischer Reaktio nen) der unbeheizten Träger unterstützt. In such a case, the electrically heated catalyst carrier unit 12 is upstream of the unheated catalyst supports arranged, or so that a heating unit 12 (also the insertion of the transducer that is nen in other words, in the inlet region of the catalyst wall toddlers, the start of effective chemical Reaktio ) of unheated carrier supported.

Zusätzlich sind verschiedene Verfahren zum Anbringen einer derartigen Katalysatorträgereinheit innerhalb eines Behäl ters wie dem Behälter 14 gut bekannt, und deswegen wird in dieser Beschreibung nicht weiter darauf eingegangen. In addition, various methods of attaching such a catalyst support unit ters, such as the container 14 within a well known Behäl, and therefore will not be discussed further in this specification it.

Die elektrisch beheizte Katalysatorträgereinheit 12 besitzt einen Metallfolien-Monolithen 20 , der aus einem Metallfolien streifen 22 aufgebaut ist, und dies er ist wiederholt quer zum vorderen oder Einlaßbereich des Monolithen 20 über sich selbst zurückgefaltet, wie am besten in Fig. 2 zu sehen. The electrically heated catalyst carrier unit 12 has a metal foil monolith 20, the strip of metal foil 22 is constructed, and this it is repeatedly folded back transversely to the front or inlet portion of the monolith 20 about itself, as best seen in Fig. 2. Der Metallfolienstreifen 22 umfaßt vorzugsweise eine Legierung aus Eisen-Chrom-Aluminium (Fe-Cr-Al). The metal foil strip 22 preferably comprises an alloy of iron-chromium-aluminum (Fe-Cr-Al). Der Streifen 22 kann nach Bedarf auch noch andere Elemente enthalten, um seine me tallurgischen und elektrischen Eigenschaften für vorbestimm te Anwendungszwecke auszulegen. The strip 22 may also contain other elements to interpret its me-metallurgical and electrical properties for vorbestimm te applications as needed.

Durch Verändern der Länge der jeweiligen Folienschichten kann der Monolith 20 so ausgebildet werden, daß er praktisch jeden Querschnitt einnehmen kann. By varying the length of the respective film layers of the monolith 20 may be formed so that it can occupy any convenient cross section.

Der Folienstreifen 22 ist mit darin ausgebildeten Wellungen versehen, die in diesem Fall als abwechselnde Winkelstreifen muster nach Fig. 3 und 4 gestaltet sind. The film strip 22 is provided with corrugations formed therein which are designed in this case as alternating pattern angle strip according to Fig. 3 and 4. Die Verwendung eines solchen Musters verhindert, daß sich benachbarte Schichten beim Falten der Schichten ineinander setzen und ergibt zusätzlich eine Berührung der Schichten in Punktbezie hung, so daß die Kontaktfläche zwischen benachbarten Strei fen und die Gefahr elektrischer Kurzschlüsse zwischen diesen gering gehalten wird. The use of such a pattern prevents adjacent layers in the folding of the layers contact one another and in addition results in a contact of the layers in Punktbezie hung, so that the contact area between adjacent Stripes fen and the danger of electrical shorts between them is minimized. Es können auch andere Wellungsmuster mit ähnlichem Erfolg benutzt werden. It can also be used other corrugation with similar success.

An jedem Ende des Folienmonolithen 20 wird eine elektrische Zuleitung 23 , 24 angebracht. At each end of the foil monolith 20 an electrical lead 23, 24 is attached. Im Betrieb des Wandlers 10 kann eine (nicht dargestellte) Spannungsquelle über die Leitungen 23 , 24 des Monolithen 20 angelegt werden, um den Katalysator träger aufzuheizen und dadurch die zum Erreichen der Einsetz temperatur erforderliche Zeit zu verringern. In operation, the transducer 10 a (not shown) voltage source via the lines 23, 24 of the monolith 20 are applied to heat the catalyst carrier and thereby reduce the temperature to reach the insertion time required.

Um die zugeführte Leistung wirksam einzusetzen, werden die Abmessungen des Folienstreifens 22 des Monolithen 20 so aus gewählt, daß sein elektrischer Widerstand auf einen vorbe stimmten Wert aufgrund der folgenden Gleichung getrimmt wird: In order to use the supplied power effective, the dimensions of the film strip 22 of the monolith 20 are chosen in such a way, that its electrical resistance to a vorbe certain value due to the following equation is trimmed:

R = ρL/δw, R = ρL / .DELTA.W,

wobei: in which:

ρ = der spezifischer Widerstand der Folie, ρ = the resistivity of the film,
L = die (gesamte) Folienlänge, L = the (overall) length of film,
w = die Folienbreite, w = the film width,
δ = die Foliendicke, δ = film thickness,

und wobei: and wherein:

L ≈ [(4/b²+1/a²) 1/2 ] A, L ≈ [(4 / b² + 1 / a²) 1/2] A,

wobei: in which:

a = Amplitude, a = amplitude,
b = Wellenlänge des Wellungsmusters und b = wavelength of the corrugation pattern, and
A = Frontflächengröße. A = frontal area size.

Die Verwendung der angegebenen Gleichungen bei der Bestim mung der Abmessungen des Monolithen erlaubt die Auswahl einer am besten für den bestimmten Einsatzzweck geeigneten Leistungsgestaltung. The use of the equations given in the Bestim the dimensions of the monolith mung allows selection of a most suitable for the particular purpose power design. Im vorliegenden Fall wird bevorzugt ein Monolithwiderstand von etwa 2,5 Ω angewendet, der die Verwen dung von relativ niedrigem Strom im Bereich von 25 bis 32 A und eine relativ hohe Spannung im Bereich von 62 bis 80 V er fordert, wodurch sich eine Leistungsaufnahme des Wandlers im Bereich von 1500 bis 2500 W ergibt. In the present case a monolith resistance of approximately 2.5 Ω is preferably applied, the dung of the USAGE relatively low current in the range of 25 to 32 A and a relatively high voltage in the range from 62 to 80 V he calls, resulting in a power consumption of the transducer in the range of 1500 to 2500 W is obtained. Das ist vom Standpunkt der Sicherheit und der Lebensdauer erwünscht. This is desirable from the standpoint of safety and service life.

Ersichtlich unterscheidet sich die angegebene Auslegung in hohem Maße von einer solchen mit Stromwerten von 500 A und mehr, die für einen elektrische beheizten Wandler mit einem Monolithen mit einem elektrischen Widerstand im m Ω-Bereich erforderlich sind, der direkt durch das 12 V-Netz des Kraft fahrzeugs beheizt wird. Visible to the interpretation given differs greatly from such a power values ​​of 500 A and more, which are required for an electric heated converter having a monolith having an electric resistance in the m Ω-region directly through the 12 V-system of the force vehicle heated.

Damit der Folienstreifen 22 einen Pfad hohen Widerstands in seiner Längsrichtung zeigt, wenn er in der dargestellten Weise gefaltet ist, muß eine elektrische Isolierung zwischen den benachbarten Schichten vorgesehen werden. Thus, the film strip 22 is a high resistance path in its longitudinal direction when it is folded in the manner shown, electrical insulation between the adjacent layers must be provided. Die in Fig. 5 dargestellte Isolierung muß wirksam sein, ohne das Durchströ men von Abgasen durch den Monolithen 20 zu stören, und muß einer Beschädigung, bei der benachbarte Folienschichten mit einander einen elektrischen Kontakt bilden, einen sehr großen Widerstand entgegensetzen, damit kein elektrischer Kurzschluß auftreten kann. The insulation shown in FIG. 5 must be effective without the Durchströ volume of exhaust gases through the monolith 20 to disturb and must damage, form an electrical contact with the adjacent film layers to each other, opposing a very large resistance, so that no electric short-circuiting may occur.

Die auf den Folienstreifen 22 aufgebrachte Isolierbeschich tung wird von verschiedenen Einzelschichten gebildet. The force applied to the foil strips 22 Isolierbeschich tung is formed by different individual layers. Die (nicht dargestellte) erste oder Grundschicht ist Aluminium oxid, das im wesentlichen den gesamten Folienstreifen 22 be deckt. (Not shown) first or base layer is aluminum oxide, which the entire film strip 22 be substantially covered. Die Aluminiumoxidschicht wird auf die Oberfläche des Folienstreifens 22 aufoxidiert mit einem Verfahren, gleichar tig zu den in US-PS 45 88 499 und in US-PS 43 18 828 be schriebenen, auf die hier ausdrücklich hingewiesen wird. The alumina layer is formed on the surface of the foil strip 22 are oxidized by a method gleichar tig to 43 18 828 be registered, it is expressly pointed out here that in US-PS 45 88 499 and in US-PS. Das Oxid kann in verschiedenen Formen vorhanden sein, es wird jedoch eine Schicht mit Whiskern mit hohem Querschnittsver hältnis bevorzugt. The oxide may be present in various forms, but it is a layer having whiskers having a high ratio Querschnittsver preferred. Die Whisker bewirken in kapillarer Weise ein Absorbieren und Halten darauffolgender Schichten und tragen damit zu einer elektrisch isolierenden Gesamtschicht bei, die gegen Abblättern und Verlust hochbeständig ist. The whiskers effect in a capillary way absorbing and holding it, the following layer and thus contribute to an overall electrically insulating layer that is highly resistant to flaking and loss.

Die zweite auf den Folienstreifen 22 aufgetragene Schicht ist eine Aluminiumoxidgel-Beschichtung 26 ( Fig. 5). The second coated on the film strip 22 is a layer of alumina gel coating 26 (Fig. 5). Das Gel ist gleichartig dem in US-PS 43 18 828 beschriebenen und wird typischerweise so hergestellt, daß 5 Gew.-% Aluminiumo xid-Monohydrat mit Wasser und 5 Gew.-% Salpetersäure ge mischt wird. The gel is similar to the described 43 18 828 US-PS and is typically prepared such that 5 wt .-% Aluminum oxide monohydrate with water and 5 wt .-% nitric acid ge is mixed. Verschiedene Schichten der Gel-Beschichtung 26 können auf den gefalteten, mit Whiskern versehenen Streifen in seinem unkomprimierten Zustand (wie später beschrieben) aufgetragen werden, um eine angemessene Bedeckung aller Fo lienschichten sicherzustellen. Different layers of the gel coating 26 may be on the folded strip provided with whiskers in its uncompressed state (as described later) may be applied to foil layers adequate coverage of all Fo ensure.

Die dritte auf den Folienstreifen 22 aufgetragene Schicht ist eine Aluminiumoxid-Kontaktschicht (alumina washcoat) 28 . The third coated on the film strip 22 is a layer of aluminum oxide contact layer (alumina washcoat) 28th The Wasch- oder Kontaktschicht 28 kann auch eine andere han delsübliche Kontaktschicht sein, solange sie Eigenschaften hat, die ein entsprechendes Verbinden mit der Aluminiumoxid gel-Schicht 26 zulassen. The washing or contact layer 28 may also be another han mercially available contact layer as long as it has properties that allow a corresponding connection to the alumina gel layer 26th

Es gibt verschiedene Möglichkeiten für das Aufbringen der be schriebenen Isolierschichten auf den Streifen 22 . There are several possibilities for the application of the insulating layers be written on the strips 22nd Es wird jedoch bevorzugt die Aluminiumoxidgel-Schicht 26 auf den ge falteten unkomprimierten Folienmonolithen 20 aufgetragen. However, it is preferably applied the alumina layer 26 on the uncompressed ge folded foil monolith 20th In anderen Worten, die Gel-Beschichtung 26 wird aufgetragen, nachdem der Folienstreifen 22 zu der Form des Monolithen 20 gefaltet wurde, jedoch bevor die weiteren, im einzelnen nach stehend beschriebenen Schritte ausgeführt werden. In other words, the gel coating 26, however, is applied after the film strip 22 has been folded to the shape of the monolith 20 before further described in detail by standing steps are executed. Das Auftra gen der Gel-Schicht 26 auf den Folienstreifen 22 , wenn dieser noch nicht komprimiert ist, stellt sicher, daß die Gel-Schicht 26 den Folienstreifen 22 gleichmäßig bedeckt und dadurch eine gute Isolierung zwischen benachbarten Lagen des Streifens 22 schafft. Applying, gene of the gel layer 26 on the foil strip 22, if this is not yet compressed, ensures that the gel layer 26 to the foil strips 22 uniformly covered and thereby provides a good insulation between adjacent layers of the strip 22nd Gegebenenfalls können mehrere Schich ten 26 Aluminiumgel aufgetragen werden. If necessary, several Schich may th 26 aluminum gel is applied.

Nach dem Auftragen der Aluminiumoxidgel-Schicht 26 wird der Folien-Monolith 20 auf die zum Einpassen in den Katalysator träger-Mantel 30 erforderliche Größe zusammengepreßt. After application of the alumina layer 26 of the foil monolith 20 is compressed to the for fitting into the catalyst carrier casing 30 required size. Der Mantel 30 nach Fig. 1 umfaßt allgemein eine zweistückige Klemmantel-Anordnung, die um den Monolithen 20 befestigt wird und den Monolithen 20 starr im Behälter 14 hält. The sheath 30 of FIG. 1 generally comprises a two-piece clamping Antel assembly which is attached around the monolith 20 and holds the monolith 20 rigidly in the container 14.

Andere Behältergestaltungen, z. Other container designs, z. B. einstückige Rohrmäntel mit einzelnen Endkegeln können auch Verwendung finden. B. integral ferrules with each end cones can also find use.

Um die Ausbildung elektrischer Kurzschlüsse zwischen dem Me tallfolienmonolithen 20 und dem Mantel 30 zu verhindern, wird ein Isoliermaterial wie eine Keramikmatte 32 um den Außenumfang des komprimierten Folienmonolithen 20 gehüllt, bevor er in den Mantel 30 eingesetzt wird. To the formation of electrical shorts between the Me tallfolienmonolithen 20 and the jacket 30 to prevent an insulating material such as a ceramic mat 32 is wrapped around the outer periphery of the compressed sheet monolith 20 before it is inserted into the sheath 30th

Der zusammengebaute Monolith 20 kann eine zusätzliche Alumi niumoxidgel-Beschichtung 26 erhalten, die dann in das Iso liermaterial eindringt und ihm zusätzliche Festigkeit und Starrheit verleiht, und gleichzeitig seine Bereitschaft ver ringert, die darauffolgend aufgetragenen Edelmetalle zu ab sorbieren. The assembled monolith 20 may receive an additional Alumi niumoxidgel coating 26, which then enters the liermaterial Iso and adds additional strength and rigidity, and at the same ver Ringert its readiness to absorb the subsequently applied to precious metals from.

Die Aluminiumoxidgel-Beschichtung 26 schafft eine gute Grund lage für das darauffolgende Anbringen der Deck- oder Glasur schicht (washcoat) 28 , da das getrocknete Gel teilweise bei Berühung mit der nassen Deckschicht wieder in Lösung geht. The alumina coating 26 creates a good basis for the subsequent attachment of the cover or the glaze layer (washcoat) 28 since the dried gel redissolves partially in Berühung with the wet coating layer. Damit wird eine sehr zähe Verbindung zwischen den beiden Be schichtungen gebildet. Thus a very tough connection between the two loading is formed coatings.

Die bisherige Beschreibung ist auf einen aus einem einzelnen Folienstreifen aufgebauten Monolithen gerichtet, es wird jedoch, um größere Flexibilität bei der Auswahl des am besten geeigneten Widerstandswertes beim Monolith 20 zu erreichen, auch vorgeschlagen, mehr als einen Folienstreifen 22 in einen einzigen Monolithen 20 einzusetzen, wie in Fig. 2 dargestellt. The previous description is directed to one composed of a single strip of film monolith, it is, however, in order to achieve greater flexibility in selecting the most appropriate resistance value of the monolith 20, also proposed to use more than one film strip 22 into a single monolith 20, as shown in Fig. 2. Die Monolithen sind elektrisch parallelge schaltet, um den Gesamtwiderstand des Katalysator-Wandlers 10 herabzusetzen. The monoliths are electrically parallel only switched on in order to reduce the overall resistance of the catalyst converter 10 degrees. Alternativ können die Monolithen auch (in nicht dargestellter Weise) in Reihe geschaltet werden, um den Widerstand des Katalysator-Wandlers zu erhöhen. Alternatively, the monoliths can also be connected (in a manner not shown) in series to increase the resistance of the catalyst converter.

Claims (10)

  1. 1. Katalysatorträger zur Verwendung bei einem Katalysa tor-Wandler, mit einem Metallfolienmonolithen ( 20 ) aus einem gewellten Folienstreifen ( 22 ), welcher wiederholt auf sich selbst über einem Einlaßbereich des Monolithen zurückgefaltet ist; 1. A catalyst carrier for use in a Katalysa tor converter, with a metal foil monolith (20) of a corrugated foil strips (22) which is repeatedly folded back on itself over an inlet region of the monolith; dadurch gekennzeichnet, daß er enthält: eine Oxid schicht, die im wesentlichen die gesamte Oberfläche des Folienstreifens bedeckt; characterized in that it comprises: an oxide layer which substantially covers the entire surface of the film strip; eine wärmebeständige elektrisch isolierende Schicht ( 26 , 28 ), welche die Oxidschicht be deckt, um benachbarte Lagen des Folienstreifens elek trisch voneinander zu isolieren und so einen elektri schen Pfad hohen Widerstands in Längsrichtung des Folien streifens zu erhalten und elektrische Leitungen ( 23 , 24 ), die jeweils an den jeweiligen Enden des Folienstrei fens angeschlossen sind, wodurch über die elektrischen Leitungen eine Spannung zum Beheizen des Katalysatorträ gers angelegt werden kann. a heat-resistant electrically insulating layer (26, 28) which covers the oxide layer be to elec trically isolate adjacent layers of the film strip from each other and to obtain an electrical's path of high resistance in the longitudinal direction of the foil strip and electric lines (23, 24) that are respectively connected to the respective ends of Folienstrei fens, whereby a voltage for heating the the catalyst support can be applied across the electrical leads.
  2. 2. Katalysatorträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Oxidschicht Aluminiumoxidwhisker mit hohem Querschnittsverhältnis umfaßt. 2. A catalyst carrier according to claim 1, characterized in that the oxide layer comprises aluminum oxide whiskers having a high aspect ratio.
  3. 3. Katalysatorträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die elektrisch isolierende Schicht ( 26 , 28 ) umfaßt eine die Oxidschicht bedeckende Aluminiumoxid gel-Beschichtung ( 26 ) und eine Aluminiumoxid-Deckschicht (washcoat) (28), welche die Aluminiumgel-Beschichtung überdeckt. 3. The catalyst support of claim 1 or 2, characterized in that the electrically insulating layer (26, 28) comprises an oxide layer covering alumina gel-coat (26) and an alumina overcoat (washcoat) (28), which aluminum gel the coating covers.
  4. 4. Katalysatorträger nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Keramikmatte ( 32 ) um die Außenseite des Metallfolienmonolithen ( 20 ) ange bracht ist und daß um den Metallfolienmonolithen und die Keramikmatte ein Haltemantel ( 30 ) vorgesehen ist; 4. A catalyst carrier according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that a ceramic mat (32) around the outside of the metal foil monolith (20) is introduced, and in that around the metal foil monolith and the ceramic mat is provided a holding casing (30); wobei die Keramikmatte ausgelegt ist, den Metallfolienmonoli then gegen den Haltemantel elektrisch zu isolieren. wherein the ceramic mat is adapted to Metallfolienmonoli then against the retaining sheath to electrically isolate.
  5. 5. Katalysatorträger nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallfolienmono lith ausgelegt ist, einen elektrischen Widerstandswert zu haben auf Grundlage der Gleichung: R = ρL/δw,wobei die Einzelausdrücke in der Beschreibung definiert sind. 5. A catalyst carrier according to any preceding Ansprü che, characterized in that the metal foil Mono adapted lith to have an electric resistance value on the basis of the equation: R = ρL / .DELTA.W, the individual terms are defined in the description.
  6. 6. Katalysatorträger nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Wider standswert des Metallfolienmonolithen so ausgelegt ist, daß er zur Verwendung mit einer Spannungsquelle mit einer höheren Spannung als 12 V geeignet ist. 6. A catalyst carrier according to any preceding Ansprü surface, characterized in that the electrical counter-state value of the metal foil monolith is designed so that it is suitable for use with a voltage source having a voltage higher than 12 V.
  7. 7. Katalysatorträger nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß der Folienstreifen zu einem abwechselnden Winkelstreifenmuster (Fischgrätmu ster) gewellt ist. 7. A catalyst carrier according to any preceding Ansprü surface, characterized in that the film strip (ster Fischgrätmu) to an alternating stripe pattern angle is corrugated.
  8. 8. Katalysatorträger nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr elek trisch parallel zueinander geschaltete Metallfolienstrei fen ( 22 ) vorgesehen sind. 8. A catalyst carrier according to any preceding Ansprü che, characterized in that two or more elec trically connected in parallel to each other Metallfolienstrei fen (22) are provided.
  9. 9. Katalysatorträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr elektrisch in Reihe miteinander geschaltete Metallfolienstreifen ( 22 ) vorgesehen sind. 9. A catalyst carrier according to one of claims 1 to 7, characterized in that two or more electrically connected together in series metal foil strips (22) are provided.
  10. 10. Katalysator-Wandler, der umfaßt, 10. catalyst converter, which comprises,
    einen Katalysatorträger nach einem der vorangehenden An sprüche und a catalyst support according to any one of the preceding claims and at
    eine Spannungsquelle, die ausgelegt ist, eine Spannung von mehr als 12 V zu erzeugen. To generate a voltage source, which is designed, a voltage of more than 12V.
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