Die Erfindung geht aus von einem beheizbaren Gerät des persön¬ lichen Bedarfs, insbesondere einem Haarpflegegerät, mit einer Vorrichtung zur flammlosen Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Ge¬ misches und mit einer zugeordneten Aktivierungsvorrichtung zur Einleitung der flammlosen Verbrennung.

Ein Gerät mit diesen Merkmalen ist bereits aus der US-A 4361 133 bekannt. Die Vorrichtung zur flammlosen Verbrennung besteht aus katalytisch beschichteter Quarzwolle, die aus Gründen der mecha¬ nischen Stabilität und einer hinreichend genauen Positionierbar- keit zwischen zwei Spiralfedern, die zur Halterung der Quarzwolle dienen, angeordnet ist. Die katalytisch wirksame Quarzwolle dient zur flammlosen Verbrennung eines zugeführten Brennstoff/Luft-Ge¬ misches, wobei die Verbrennungswärme zur Beheizung eines Gerätes des persönlichen Bedarfs, zum Beispiel zur Beheizung eines gasbe¬ triebenen Lockenstabes ausgenutzt wird. Die katalytische Ver¬ brennung des Brennstoff/Luft-Gemisches setzt erst dann ein, wenn das katalytisch aktive Material eine bestimmte Aktivierungstempe¬ ratur (LOT-light-off temperature) erreicht hat. Die zum Erreichen der Aktivierungstemperatur des Katalysators erforderliche Energie wird dem Katalysator mittels einer zugeordneten Aktivierungsvor¬ richtung zugeführt. Diese Aktivierungsvorrichtung entzündet ein nach Einschalten der Brennstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum des Gerätes gelangendes Brennstoff/Luft-Gemisch mittels eines oder mehrerer Funken oder einer von außen herangeführten Flamme, wobei das gezündete Brennstoff/Luft-Gemisch innerhalb des Bruch¬ teils einer oder weniger Sekunden wieder automatisch erlischt. Die durch diese Zündung freigesetzte Energie ist jedoch ausrei¬ chend, um wenigstens einzelne Zonen des Katalysators auf die Ak¬ ti ierungstemperatur zu bringen und die katalytische, das heißt flammk.se Verbrennung innerhalb des Katalysators einzuleiten.

ERSATZBLATT

Obwohl sich dieses Gerät in den vergangenen Jahren bei einer im Millionenbereich liegenden Stückzahl im praktischen Gebrauch gut bewähren konnte, hat sich gezeigt, daß die Vorrichtung zur flamm¬ losen Verbrennung in einzelnen Aspekten durchaus verbesserungs¬ fähig ist. Zum einen hat die mechanische Instabilität der Quarz¬ wolle und die daraus resultierende Notwendigkeit, diese mittels einer mechanisch stabilen Halterung zu fixieren, Anlaß zu Proble¬ men gegeben. Während des Gebrauchs des mit einem solchermaßen ausgestalteten Katalysator versehenen Gerätes kann es vorkommen, daß einzelne Fasern der Quarzwolle aus der mechanischen Halterung herausfallen und unter Umständen den Brennstoffdurchfluß durch (teilweises) Verstopfen der Brennstoffzumeßdüse beeinflussen. Weiterhin kann der Faserverlust zu einer Verschlechterung des Aktivierungsverhaltens des Gerätes, insbesondere bei Verwendung eines piezoelektrischen Zünders, führen. Mit der Quarzwolle läßt sich auch nicht immer ein gleichmäßiger Strömungswiderstand her¬ stellen, so daß es zu einer Bildung von heißen Stellen (hot spots) in Teilbereichen des Katalysators kommt. Hierdurch wird die Lebensdauer des Katalysators erheblich beeinträchtigt.

Zum anderen tritt gerade bei der Verwendung des bekannten Kata¬ lysators bei Haarpflegegeräten die folgende Problematik auf. Be¬ stimmte Benutzergruppen derartiger, durch flammlose Verbrennung beheizter Haarpflegegeräte haben die Gewohnheit, vor bzw. während der Haarbehandlung Haarpflegemittel bzw. Schaumfestiger, Haar¬ sprays, Haarwaschmittel oder ähnliche Mittel zu verwenden. Hier¬ durch wird die Luft in der Umgebung des Haarpflegegerätes mehr oder weniger mit diesen Haarpflegesubstanzen oder Anteilen davon angereichert. Diese Umgebungsluft wird teilweise von dem brenn- stoffbeheizten Haarpflegegerät zur Herstellung eines entsprechen¬ den Brennstoff/Luft-Gemisches angesaugt. Wie umfangreiche Unter¬ suchungen ergeben haben, sind diese Haarpflegemittel, insbeson¬ dere wenn sie silikonhaltige Substanzen enthalten, äußerst nach-

teilig für die Lebensdauer des Katalysators. Wird dem Katalysator mit Haarpflegemittel angereicherte Luft zur flammlosen Ver¬ brennung des Brennstoffes zugeführt, so zeigen die durchgeführ¬ ten, noch näher beschriebenen Belegungstests, daß bereits eine Belegung des Katalysators mit 5 g Haarpflegemitteln ausreichend ist, um die Eigenschaften des Katalysators soweit zu verschlech¬ tern, daß die Aktivierbarkeit auf untolerierbare Werte herabge¬ setzt wird bzw. das Maß der katalytisehen Umwandlung des Brenn¬ stoff/Luft-Gemisches unter eine untere Schwelle fällt. Geräte, deren Katalysator eine Haarpflegemittel-Belegung von mehr als 5 g aufweisen, sind daher für den Benutzer in der Regel unbrauchbar und ein Fall für den Kundendienst.

Bei der Lösung dieser Probleme ist zu berücksichtigen, daß An¬ regungen aus dem Gebiet der katalytischen Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen, auch dort werden unter anderem Katalysatoren mit einem stabilen Trägerkörper eingesetzt, auf das vorliegende Ge¬ biet nicht ohne weiteres übertragbar sind. Zwar sind Abgaskata¬ lysatoren auch anfällig gegen eine Vergiftung, insbesondere durch bleihaltige Substanzen; die beim vorliegenden Katalysator auftre¬ tenden Vergiftungserscheinungen sind jedoch gänzlich anderer Natur. Der Katalysator soll durch geeignete Maßnahmen resistent gegen diese vergiftenden Stoffe ausgestaltet werden. Der hier be¬ schriebene Katalysator wird zur Wärmeerzeugung verwendet, so daß sich folgende, zu den Abgaskatalysatoren unterschiedliche Anfor¬ derungen ergeben. Zum einen ist die geometrische Ausbildung des Katalysators durch eine möglichst effektive Wärmeabgabe an die Heizfläche bestimmt. Zum anderen, und dies ist ein stark ins Ge¬ wicht fallender Unterschied, muß der vorliegende Katalysator durch eine Zündexplosion oder eine kurzzeitig auftretende Flamme auf seine Aktivierungstemperatur gebracht werden, während der Ab¬ gaskatalysator ohne weitere Maßnahmen von selbst aufgrund der vorbeiströmenden heißen Abgase die erforderliche Betriebste pe-

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ratur erreicht. Die Entwicklung eines verbesserten, diese aufge¬ zeigten Nachteile überwindenden Katalysators wird erheblich durch die Randbedingung bestimmt, den Katalysator anfänglich durch eine kurzzeitige Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches mittels einer offenen Flamme oder einer explosionsartigen Zündung des Ge¬ misches auf Aktivierungstemperatur zu bringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein beheizbares Gerät des persönlichen Bedarfs mit einer Vorrichtung zur flammlosen Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemisches und mit einer zuge¬ ordneten Aktivierungsvorrichtung zur Einleitung der flammlosen Verbrennung dahingehend weiterzubilden, daß die Lebensdauer des Gerätes in der Hand des Benutzers erheblich erhöht wird. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen stabilen Trägerkörper mit der Masse m-- und der Dichte s _τ aufweist, wo¬ bei der Trägerkörper mit einer Beschichtung einer spezifischen Oberfläche 0 _B (nach BET) und der Masse m _ß versehen ist, die Beschichtung ein katalytisch aktives Material der Masse πu trägt bzw. enthält und das Verhältnis

Delta =

Werte im Bereich

0,3 . 10 ^c Delta £ 30 . 10'

annimmt.

Diese Parameterdarstellung mittels der Größe Delta - die Größe Delta stellt die tatsächliche Oberfläche (gemessen nach dem BET-Verfahren) der Beschichtung des Katalysators in Relation zum

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Volumen des Trägerkörpers dar - wurde aus folgenden Gründen ge¬ wählt. Die tatsächliche Oberfläche der Beschichtung eines Kata¬ lysators, welche als Träger des katalytisch aktiven Materials dient, ist, wie die Untersuchungen vermuten lassen, bestimmend für die maximal zulässige Belegung des Katalysators mit Haar¬ pflegemitteln oder ähnlichen vergiftenden Substanzen. Je größer die Oberfläche der Beschichtung gewählt wird, umso unempfind¬ licher ist der Katalysator gegen eine Belegung durch diese Sub¬ stanzen. Unter alleiniger Berücksichtigung dieses Effektes ist es daher sinnvoll, die Oberfläche der Beschichtung auf maximale Wer¬ te auszulegen. Für einen vorgegebenen, spezifischen Oberflächen¬ wert des jeweils verwendeten Beschichtungsmaterials, kann die Oberfläche pro Katalysator nur durch eine Erhöhung der Masse der Beschichtung vergrößert werden. Hier stößt man andererseits an eine obere Grenze, sofern man auch die Aktivierbarkeit des Kata¬ lysators mittels einer kurzzeitigen Wärmezufuhr durch eine offene Flamme oder Zündexplosion berücksichtigt. Eine Erhöhung der Masse des Beschichtungsmaterials führt zu einer Erhöhung der Wärmekapa¬ zität des Katalysators und zu einer hieraus resultierenden Ver¬ schlechterung des Aktivierungsverhaltens. Für die Aktivierung des Katalysators steht nur eine begrenzte Menge Brennstoff/Luft- Gemisch zur Verfügung, da die Abmessungen des zündfähigen Volu¬ mens durch den jeweiligen Gerätetyp auf bestimmte Größen einge¬ engt sind. Ist das durch einen Funken zu entzündende Brenn¬ stoff/Luft-Gemisch in seinem Volumen begrenzt, so kann der Kata¬ lysator bestimmte Werte hinsichtlich der zulässigen Wärmekapazi¬ tät nicht überschreiten, wenn eine sichere Aktivierung gewähr¬ leistet sein soll. Aufgrund derartiger Einschränkungen ist die maximal zulässige Oberfläche der Beschichtung des Katalysators auf obere Werte begrenzt.

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Der Nenner der Größe Delta wird durch das Volumen des Trägerkör¬ pers gebildet. Ein großes Volumen des Trägerkörpers, führt zu einer hohen Masse des Trägerkörpers und damit auch zu einer hohen Wärmekapazität des Katalysators. Die Masse sollte daher geringe Werte annehmen, um die Aktivierbarkeit des Katalysators nicht zu beeinträchtigen. Andererseits bestimmt die Masse, bzw. das Volu¬ men des Trägerkörpers auch dessen mechanische Stabilität. Die mechanische Stabilität des Trägerkörpers nimmt ab mit der Masse bzw. dem Volumen des Trägerkörpers.

Durch die Größe Delta können daher die Effekte einander wider¬ sprechender Forderungen dargestellt werden. Die mechanische Sta¬ bilität des Katalysators erfordert eine hohe Masse, bzw. ein hohes Volumen des Trägerkörpers. Das Volumen des Trägerkörpers wird zur Beschreibung der Effekte und Festlegung der Grenzwerte gegenüber den möglichen Größen Masse oder Wärmekapazität bevor¬ zugt, da hierdurch eine materialunabhängige, leicht nachprüfbare Eigenschaft als Parameter in die Größe Delta eingeht. Physika¬ lisch möglicherweise sinnvoller wäre die Verwendung der Wärme¬ kapazität, die bei vorgegebenem Trägermaterial jedoch direkt pro¬ portional zum Volumen des Trägers ist. Unempfindlichkeit gegen eine Belegung durch Haarpflegemittel wird durch eine hohe Ober¬ fläche der Beschichtung bzw. eine große Masse der Beschichtung gewährleistet. Andererseits führt eine hohe Masse der Beschich¬ tung bzw. des Trägerkörpers zu einer Erhöhung der Wärmekapazität des Katalysators und verschlechtert die Akti ierbarkeit. Wie nun die Untersuchungen ergeben .haben, wird den drei Bedingungen, näm¬ lich ausreichende mechanische Stabilität, erhöhte Unempfindlich¬ keit gegen Belegung und gute Aktivierbarkeit in ausreichendem

Maße Rechnung getragen, wenn Delta Werte im Bereich von 0,3.10 fi 2 3 bis 30 . 10 cm /cm annimmt. Die Aktivierbarkeit ist ver¬ gleichbar gut zu der herkömmlicher Geräte, die Empfindlichkeit auf die Belegung mit Haarpflegemittel wird um mehr als einen Fak-

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tor 10 verringert und die mechanische Stabilität ist um ein Viel¬ faches verbessert, so daß der Katalysator als eigenständige Bau¬ gruppe, reproduzierbar und geometrisch exakt gefertigt, in das Gerät eingebaut werden kann. Mechanische Probleme durch aus dem Katalysator herausfallende Fasern sind beseitigt. Durch die aus¬ reichende mechanische Stabilität ist eine geometrisch definierte Fertigung des Katalysators mit der damit verbundenen definierten Einstellung des Strömungswiderstandes möglich. Aus den gleichen Gründen kann der Strömungswiderstand über die Lebensdauer des Katalysators als konstant angesehen und reproduzierbar einge¬ stellt werden. Neben der Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen eine Vergiftung durch Belegung zum Beispiel mit Haarpflegemittel, ist auch eine Rückgewinnung des auf der Beschichtung angebrach¬ ten, katalytisch aktiven Materials erheblich einfacher zu bewerk¬ stelligen. Darüber hinaus bietet die mechanisch stabile Katäly- satorbaugruppe erhebliche Vorteile während der Fertigung der Ge¬ räte und auch bei eventuell erforderlichen Reparaturen im Kunden¬ dienst. Schließlich erlaubt die trotz der mechanischen Stabilität vorhandene Verformbarkeit des Trägerkörpers eine große Gestal¬ tungsfreiheit in der geometrischen Ausgestaltung. So können neben hohlzylindrischen auch prismatische bzw. ovale oder gewellte Kör¬ per ohne weiteres hergestellt werden.

Dadurch, daß der Trägerkörper aus einer mit Durchbrechungen ver¬ sehenen Metallfolie, insbesondere einer Edelstahlfolie oder auch einem Drahtgitter mit einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer und bevorzugt von etwa 35 Mikrometer besteht, wird in vorteilhaf¬ ter Weise unter Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen Stabilität ein Trägerkörper geringen Volumens, der eine sichere Aktivierung des Katalysators gewährleistet, angegeben. Eine Spe¬ zifizierung der Durchbrechungen, bezogen auf die Gesamtfläche des Trägerkörpers im Bereich zwischen 5 % und 60 t, bevorzugt zwi¬ schen 15 % und 501 _. führt zu einem besonders niedrigen und de-

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finiert einstellbaren Strömungswiderstand des Katalysatorträgers unter weitgehender Beibehaltung der der ungelochten Trägerfolie innewohnenden mechanischen Stabilität. Eine Festlegung der spezi¬ fischen Oberfläche der keramischen Beschichtung auf Werte 0 _R -^.

2

100 m /g, insbesondere auf äußerst vorteilhafte Oberflächen-

2 werte 0-, von ungefähr 200 m /g hat sich insbesondere deshalb als besonders sinnvoll und günstig erwiesen, weil durch diese Maßnahme eine große Oberfläche der Beschichtung bei relativ ge¬ ringer Masse der Beschichtung erzielt werden kann. Während bei der bekannten Katalysatorbeschichtung Werte der spezifischen

2 Oberfläche von ca. 20 m /g gemessen werden, weist die Beschich¬ tung nach der Erfindung etwa 10-fach höhere spezifische Oberflä¬ chenwerte auf. An und für sich werden derartige, eine große spe¬ zifische Oberfläche aufweisende Beschichtungen in der Kataly¬ satorherstellung deshalb eingesetzt, um als Träger des kataly¬ tisch aktiven Materials die Voraussetzung für eine große kataly¬ tisch aktive Fläche auf kleinem Raum zu schaffen. So weisen etwa die herkömmlichen-, in Gaslockenstäben eingesetzten Katalysatoren

2 jeweils eine Oberfläche der Beschichtung von etwa 0,6 m (nachh

BET) mit einer katalytisch aktiven Fläche von etwa 0,1 - 0,3 m2 (gemessen mittels CO-Belegung) auf. Obwohl die für die kataly¬ tische Aktivität maßgebende CO-Oberflache (d.h. mittels CO-Be¬ legung gemessen) im Hinblick auf die katalytisch zu verbrennende ^" Gasmenge bereits ausreichend große Abmessungen aufweist, ist es dennoch sinnvoll, die Oberfläche der Beschichtung soweit wie mög¬ lich, unter Beachtung der weiteren Randbedingungen zu vergrößern. Hierdurch wird, wie die Untersuchungen und Experimente zeigen, die Anfälligkeit des Katalysators gegen Vergiftungen durch Haar¬ pflegemittel, insbesondere durch die in diesen Haarpflegemitteln befindlichen silikonhaltigen Substanzen, stark reduziert. Eine mögliche Erklärung dieses Effekts mag darin liegen, daß die für die Vergiftung des Katalysators verantwortl chen Partikel statis¬ tisch die Oberfläche der Kera ikbeschichtung belegen, und zwar

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unabhängig davon, ob die Keramikbeschichtung mit katalytisch ak¬ tivem Material beschichtet ist oder nicht. Ist nur ein bestimmter Bruchteil der Keramikbeschichtung mit katalytisch aktivem Mate¬ rial versehen, so können auch nur die die Vergiftung des Kataly¬ sators verursachenden Substanzen mit diesem Bruchteil zur Ver¬ giftung beitragen, wenn einmal unterstellt wird, daß die Belegung des Katalysators in statistisch gleichmäßig verteilter Weise er¬ folgt.

Dadurch, daß das Verhältnis der Masse des katalytisch aktiven Materials zur Masse der Beschichtung Werte kleiner als 0,2 und bevorzugte Werte kleiner als 0,13 annimmt, wird ein Sintern des katalytisch aktiven Materials mit der damit verbundenen Reduzie¬ rung der katalytisch aktiven Oberfläche (CO-Oberflache) weitest¬ gehend vermieden. Der mittlere Cluster-Abstand, beispielsweise der Platin-Cluster, beträgt bei dieser Einstellung ein Mehrfaches des durchschnittlichen Durchmessers eines Clusters, so daß inter¬ molekulare Wechselwirkung, die zu einem Sintern des katalytisch aktiven Materials führen, jedenfalls bei den vorliegenden Be¬ triebstemperaturen des Katalysators we testgehend zu vernach¬ lässigen sind. Darüber hinaus trägt diese Einstellung der Massen¬ verhältnisse von katalytisch aktivem Material und Beschichtung der Tatsache Rechnung, daß nur ein Bruchteil der Oberfläche der Beschichtung mit katalytisch aktivem Material zu beschichten ist.

Dadurch, daß die Aktivierungsvorrichtung ein Brennstoff/Luft-Ge¬ misch eines Volumens V- zur Entzündung bringt und die Gesamt¬ masse m _r des Katalysators, bezogen auf das Volumen V _r , Werte

3 3 kleiner 0,1 g/cm und bevorzugte Werte von kleiner 0,01 g/cm annimmt, wird eine äußerst vorteilhafte, von der eigentlichen

Katalysatorkonstruktion an sich unabhängige Bemessungsregel zur

Gewährleistung eines äußerst vorteilhaften Aktivierungsverhaltens des Katalysators gegeben. Mit dieser Bemessungsregel wird der

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Tatsache Rechnung getragen, daß der Katalysator bei einem vorge¬ gebenen Wert des zündfähigen Volumens um so eher durch Zündung dieses Volumens auf seine Betriebstemperatur gebracht werden kann, je geringer die Gesamtmasse des Katalysators ist. Anhand experimenteller Untersuchungen konnte abgeschätzt werden, daß ein

3 1 c zündfahiges Volumen in der Lage ist, bis zu 100 mg Kata¬ lysatormasse auf Betriebstemperatur zu bringen. Bevorzugte Werte liegen im Bereich unter 10 mg bis 30 mg Katalysatormasse pro

3 cm zündfähiges Volumen. Eine untere Grenze bezüglich der Kata¬ lysatormasse ist allerdings durch die Randbedingung, daß der Ka¬ talysator ein mechanisch stabiles Verhalten aufweisen soll, ge¬ geben. Eine Einstellung des Verhältnisses der Masse der Beschich¬ tung zu der Masse des Trägerkörpers auf Werte im Bereich zwischen 0,02 und 0,60, bevorzugt auf Werte im Bereich 0,20 +/- 50 , gibt ein Optimum für den Katalysator hinsichtlich den beiden Bedingun¬ gen mechanische Stabilität und Unempfindlichkeit auf Vergiftungs¬ effekte an. Speziell für einen Trägerkörper, bestehend aus einer Edelstahlfolie, einer Dicke d von ungefähr 35 Mikrometer +/- 25 1 und einer keramischen Beschichtung, zum Beispiel Übergangstonerde

2 mit einer spezifischen Oberfläche von ca. 200 m /g (nach BET) wird der Parameter Delta auf Werte im Bereich 2,8 . 10 +/- 50

2 3 % cm /cm eingestellt. Obwohl der spezielle Wertebereich des

Parameters Delta durchaus auch Abhängigkeiten von der jeweiligen geometrischen Ausgestaltung des Katalysators aufweist, hat sich dieser Wert jedenfalls für die Anwendung des Katalysators in einem Gaslockenstab äußerst bewährt. Der Katalysator ist zum einen mechanisch stabil und aktivierungsfähig und zum anderen äußerst unanfällig gegen eine Belegung mit Haarpflegemittel.

Durch die Maßnahme, wenigstens 2,5 1 der Fläche des Trägerkörpers senkrecht zu einer Ausbreitungsrichtung einer Flammenfront zu legen, die durch die Aktivierungsvorrichtung erzeugt wird, wird eine solche Bemessungsregel zur Anordnung des Katalysators in einem Gerät des persönlichen Bedarfs gegeben, die eine besonders

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hohe Aktivierungsfähigkeit des Katalysators gewährleistet. Dieser Wert stellt eine untere Grenze dar. In einer speziellen geometri¬ schen Anordnung kann dieser Flächenanteil des Trägerkörpers durchaus Werte im Bereich von 5 - 15 1 annehmen und führte zu äußerst positiven Aktivierungseigenschaften. Der Einsatz eines Verteilers aus einem Siebgewebe in bezug auf die Strömungsrich¬ tung vor dem Katalysator bewirkt eine weitere Homogenisierung des Brennstoff/Luft-Gemisches und damit eine äußerst gleichmäßige Verbrennung im Katalysator.

Durch die Verwendung einer Edelstahlfolie mit einer Dicke zwi¬ schen 25 Mikrometer und 50 Mikrometer als Trägerkörper, wobei der Anteil der Durchbrechungen, bezogen auf die Gesamtfläche zwischen 15 und 50 % liegt, einer keramischen Beschichtung der Edel¬ stahlfolie mit einer spezifischen Oberfläche (nach BET) von ca.

2 200 m /g und durch eine Festlegung des Verhältnisses der Be- schichtungs asse zur Trägerfolienmasse im Bereich von etwa 0,2 +/- 50 wird ein besonders vorteilhafter Katalysator für den Einsatz in gasbetriebenen Lockenstäben angegeben. Die Bemessung des Katalysators stellt ein Optimum zwischen den unterschied¬ lichen Randbedingungen Aktivierbarkeit, Vergiftungsunanfälligkeit und mechanische Stabilität dar. Ein Verhältnis der Platinmasse bezogen auf die Masse der Beschichtung von 0,1 +/- 50 % hat sich in der Praxis als äußerst vorteilhafter Kompromiß erwiesen, der zum einen eine hohe Aktivierungsfähigkeit und zum anderen eine hohe Beständigkeit gegen Vergiftungen garantiert. Die spezielle geometrische Ausgestaltung der Edelstahlfolie als einseitig ge¬ schlossener Hohlzylinder einer Höhe von ca. 3 cm und einem mitt¬ leren Durchmesser von ca. 1 cm stellt eine optimale Anpassung des Katalysators an einen gasbetriebenen Lockenstab dar. Besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz des Katalysators in gasbe¬ triebenen Lockenstäben, Haartrocknern, Bügeleisen, Lockenwickel¬ stationen, Flaschenwärmern, Gaskochern, Warmhalteplatten u.a.

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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausschnittes eines gasbetriebe¬ nen, teilweise aufgebrochen dargestellten Lockenstabes;

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Katalysatorbaugruppe;

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Herstellungsver¬ fahrens des Katalysators;

Fig. 4 die experimentellen Resultate zur Bestimmung der Ver- giftungsanfälligkeit des Katalysators und

Fig. 5 eine graphische Veranschaulichung der einzuhaltenden Randbedingungen bei der Dimensionierung des Katalysators.

In Fig. 1 ist ein Lockenstab 10 mit teilweise aufgebrochenem Wickelkörper 12 und Handgriff 11 in einer Teilansieht darge¬ stellt. Mit einem Schalter 14 wird eine Düse 15 zur Inbetrieb¬ nahme des Lockenstabes geöffnet. Durch die Düse 15 strömt Gas aus einem im Handgriff 11 untergebrachten, nicht dargestellten Behäl¬ ter in ein Venturi-Rohr 16. In diesem Bereich findet eine innige Durchmischung des aus der Düse 15 ausströmenden Brennstoffes mit der von außen hinzugeführten bzw. angesaugten Umgebungsluft statt. An das Venturi-Rohr 16 schließt sich ein Rohr 17 an, wel¬ ches das Brennstoff/Luft-Gemisch einer zentrisch im Inneren des Wickelkörpers 12 angeordneten Katalysatorbaugruppe 18 zuführt. Zwischen dem Venturi-Rohr 16 und der Katalysatorbaugruppe 18 sind Zündelektroden 20 angeordnet. Die Zündelektroden 20 dienen zur Erzeugung eines oder mehrerer Funken zur Zündung des im Wickel-

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körper 12 befindlichen Brennstoff/Luft-Gemisches. Die Zündelek¬ troden 20 werden mittels eines am Handgriff 11 angeordneten Schaltschiebers 21, der auf ein Piezoelement wirkt, betätigt. Die freigesetzte Energie der Verbrennung des im Wickelkörper 12 ent¬ haltenen Brennstoff/Luft-Gemisches ist bei geeigneter Dimensio¬ nierung der Katalysatorbaugruppe 18 ausreichend, um diese auf Be¬ triebstemperatur zu erwärmen, also zu aktivieren, um die flamm¬ lose Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches mittels der Kata¬ lysatorbaugruppe 18 in Gang zu setzen. Die anfängliche Zündex¬ plosion des durch die Zündelektroden 20 entzündeten Brenn¬ stoff/Luft-Gemisches löscht sich innerhalb von Bruchteilen einer Sekunde durch die Druckwelle der Explosion in dem im wesentlichen allseitig geschlossenen Innenraum des Wickelkörpers 12 wieder aus, so daß die katalytische Verbrennung des Brennstoff/Luft-Ge¬ misches ohne weitere Handgriffe am Gerät selbsttätig eingeleitet wird. Statt der Zündung mittels der Zündelektroden 20 ist genauso vorteilhaft eine Zündung durch einen Reibradzünder, eine Heiz¬ wendel mit Batterie oder durch eine von außen zugeführte, offene Flamme möglich.

Wie aus Fig. 1 und deutlicher aus Fig. 2 ersichtlich wird, be¬ steht die Katalysatorbaugruppe 18 aus einer an das Rohr 17 an¬ schließenden Grundplatte 24, die eine zentrale Öffnung 25 auf¬ weist. Zwischen dieser Grundplatte 24 und einem Haltering 27 ist ein Verteiler 26, bestehend aus einem Siebgewebe einer Maschen¬ weite im Bereich von 50 Mikrometer - 500 Mikrometer, insbesondere von ca. 180 Mikrometer angeordnet. Der Verteiler 26 bewirkt eine Vergleich äßigung des Strömungsprofils des Brennstoff/Luft-Ge¬ misches innerhalb der Katalysatorbaugruppe 18 und sorgt für eine gleichmäßige, homogene Verbrennung. Der Haltering 27 haltert einen als einseitig geschlossenen, als Hohlzylinder ausgebildeten Trägerkörper 28. Ein Deckel 29 des Trägerkörpers 28 ist am oberen Ende etwas in das Innere des Hohlzylinders versetzt an diesem be-

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festigt und schließt den Hohlzylinder stromabwärts unter Bildung einer Ringwand 30 ab. Der Deckel 29 kann wahlweise mit, teilweise mit oder ohne Durchbrechungen 32 versehen sein. Die spezielle Ge¬ staltung des Deckels wird bestimmt durch die Randbedingung, ein optimales Aktivierungsverhalten des Katalysators zu erreichen. Es hat sich gezeigt, daß ein Deckel 29 ohne Durchbrechungen 32 je nach der speziellen Geometrie zu einem besonders guten Aktivie¬ rungsverhalten beitragen kann. Der Trägerkörper 28 besteht aus einer Stahlfolie, einer Dicke von weniger als 100 Mikrometer, be¬ vorzugt eine Dicke zwischen 25 Mikrometer und 50 Mikrometer, ins¬ besondere 35 Mikrometer (Hersteller Firma Sandvik, Schweden, Ma¬ terial OC 404). Die Stahlfolie bzw. der Trägerkörper 28 weisen Durchbrechungen 32 auf, deren maximaler Durchmesser nicht wesent¬ lich größer als 2 mm sein sollte. Der Lochanteil der regelmäßig angeordneten Durchbrechungen 32, bezogen auf eine Projektions¬ fläche parallel zum Trägerkörper 28 sollte im Bereich zwischen 5 % und 60 _. bevorzugt zwischen 15 und 50 °L, insbesondere bei etwa 42 % - 43 _ 1 liegen. Die Abmessungen des Trägerkörpers 28 liegen im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei einer Höhe von ca. 30 mm, einem Durchmesser von ca. 10 mm und einer Masse von ca. 140 mg. Der fest mit dem Trägerkörper 28 verbundene Trägerring 27 weist eine Masse von ca. 0,2 g +/- 20 % auf, wobei diese Masse im Hinblick auf die Aktiv erungswilligkeit des Katalysators durchaus zu berücksichtigen ist und nicht unnötig groß gewählt werden sollte. Bezüglich der katalytischen Eigenschaften des Kataly¬ sators spielt die Masse des Trägerringes 28 keine so entschei¬ dende Rolle. Die Durchbrechungen des Trägerkörpers 28 können durch Ätzen oder Stanzen der Metallfolie gefertigt werden. Bevor¬ zugt wird jedoch aus fertigungstechnischen Gründen die Bildung eines Streckmetallgitters. Aber auch eine Herstellung des Träger¬ körpers 28 aus einem gewickelten oder gewebten Draht ist ferti¬ gungstechnisch ohne weiteres möglich und liegt im Rahmen der mög¬ lichen Abwandlungen der Erfindung.

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Gemäß Fig. 3 wird- die Metallfolie durch Schlitzen und Strecken zu einer Streckmetal 1folie 34 umgearbeitet. Anschließend wird aus der Streckmetallfolie 34 der hohlzylindrische, einseitig ge¬ schlossene Trägerkörper 28 hergestellt. Nach einer Reinigung und Wärmebehandlung des Trägerkörpers 28 zur Keimung und kontrollier¬ ten Oxidation (Tempern) wird dieser mit einer keramischen Be¬ schichtung 35 (Washcoat), insbesondere einer Ubergangstonerde, zum Beispiel Gamma-AlJ), versehen. Bei einer Masse des Trä¬ gerkörpers 28 von ca. 140 mg beträgt die Masse dieser Beschich¬ tung 35 in bevorzugter Ausführungsform etwa 26 +/- 5 mg. Die spezifische Oberfläche der keramischen Beschichtung 35 weist be-

2 vorzugt Werte großer als 100 m /g, insbesondere einen spezi-

2 fischen Oberflachenwert von ca. 200 m /g (nach BET) auf. An¬ schließend erfolgt ein Aufbringen von einem katalytisch aktiven Material 36 auf die keramische Beschichtung 35, wobei Platin oder auch Palladium bzw. Rhodium bevorzugt wird. Im Ausführungsbei¬ spiel wird eine Masse von ca. 5 mg Platin auf den Katalysator aufgebracht. Dieser Wert stellt jedoch eine obere, herstellungs¬ technisch bedingte Grenze für die Masse des aufzubringenden Platins dar, ausreichend ist bereits eine Masse von 2 - 3 mg Platin pro Katalysator. Als letzter Schritt erfolgt ein Reduzie¬ rungsbrand des Katalysators zu einer erstmaligen Aktivierung des katalytisch aktiven Materials 36. Wahlweise können die keramische Beschichtung 35 und das katalytisch aktive Material 36, insbeson¬ dere Platin, in einem Arbeitsgang auf den Trägerkörper 28 aufge¬ bracht werden.

Die solchermaßen hergestellte Katalysatorbaugruppe 18 wird in den Wickelkörper 12 des Lockenstabes 10 montiert. Die Katalysatorbau¬ gruppe 18 wird bei Durchflußraten eines Isobutangases von 60 - 120 mg pro/min und einem Brennstoff/Luft-Verhältnis von 1:20 bis 1:35 betrieben. Die Aktivierung der Katalysator-Baugruppe, das heißt die Erwärmung auf solche Temperaturen, bei denen die kata-

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lytische Aktivität zur Verbrennung des zugeführten Brennstoff/ Luft-Gemisches ausreicht, erfolgt durch piezoelektrische Zündung des im Innenraum des Wickelkörpers 12 vorhandenen Brennstoff/ Luft-Gemisches über die Zündelektroden 20. Im bevorzugten Ausfüh¬ rungsbeispiel ist ein Volumen des Brennstoff/Luft-Gemisches von

3 ca. 24 cm ausreichend, um den Katalysator mit einer Gesamt¬ masse von etwa 360 bis 380 mg sicher zu aktivieren. Diese Masse von 360 bis 380 mg beinhaltet nicht nur die Masse m-_ des Trä¬ gerkörpers 28, sondern auch die Masse des Trägerrings 27, die bei der Untersuchung der Aktivierungswilligkeit aufgrund der guten thermischen Ankoppelung mitzuberücksichtigen ist. Die Gesamtmasse aus Trägerkörper 28 und Trägerring 27 ist mit m _τ bezeichnet. Die Aktivierungstemperatur (LOT) liegt bei etwa 120°C. Für eine sichere Aktivierung ist es nützlich, daß ein Teil des Trägerkör¬ pers 28 der Katalysatorbaugruppe 18 senkrecht zur Ausbreitungs¬ richtung der Explosionswelle des Brennstoff/Luft-Gemisches liegt. In der Praxis hat sich ein Wert von wenigstens 2,5 1 der Gesamt¬ fläche der Trägerkörpers 28 als ausreichend erwiesen. Sehr gute Ergebnisse werden mit einer zur Zündexplosionsausbreitungsrich- tung senkrechten Fläche des Trägerkörpers 28 von etwa 5 - 15 % erzielt. Für eine optimale Aktivierbarkeit scheint auch die Bil¬ dung der Ringwand 30 (Fig. 1, 2) am stromabwärtigen Ende des Trä¬ gerkörpers 28 von Bedeutung zu sein. Eine mögliche Erklärung be¬ steht darin, daß diese Ringwand 30 zur Turbulenzbildung während der Explosion des Brennstoff/-Luft-Gemisches beiträgt. In der Re¬ gel erreicht zuerst das Zentrum des Deckels 29 Betriebstemperatur und damit katalytische Aktivität. Insofern ist es sinnvoll, ins¬ besondere den Deckel 29 hinsichtlich der Aktivierungsfähigkeit zu optimieren. Innerhalb von wenigen Sekunden kommt danach die ge¬ samte Katalysatorbaugruppe 18 aufgrund der inneren Wärmeleitung auf eine Arbeitstemperatur zwischen ca. 400° und 900° C und trägt als Ganzes zur flammlosen Verbrennung des Brennstoff/Luft-Ge¬ misches bei .

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Die Katalysatorbaugruppe 18 weist eine hohe mechanische Stabili¬ tät, geringes Gewicht und eine hervorragende Aktivierbarkeit auf. Wie Fig. 4 zeigt, ist diese Katalysatorbaugruppe auch dem her¬ kömmlichen Katalysator hinsichtlich der Anfälligkeit für Vergif¬ tung aufgrund insbesondere von Haarpflegemitteln hoch überlegen. In dem Diagramm der Fig. 4 ist der experimentell ermittelte Zusammenhang zwischen der Masse der Beschichtung 35 (Washcoat) und der maximalen Belegbarkeit der Beschichtung 35 mit Haar¬ pflegemittel aufgetragen. Die eingezeichneten Meßpunkte geben an, mit wieviel Haarpflegemittel ein mit der jeweiligen Beschich- tungsmasse versehener Katalysator belegt werden kann, bevor er aufgrund von Vergiftungseffekten als unbrauchbar anzusehen ist. Die Meßergebnisse zeigen, daß die maximale Belegbarkeit des Kata¬ lysators mit der Masse der auf den Katalysator aufgebrachten Keramikbeschichtung anwächst. Allerdings kann die Beschichtung 35 des Trägerkörpers 28 nicht beliebig hohe Werte annehmen, da hier¬ durch die Zündfähigkeit des Katalysators erheblich verschlechtert wird. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel wird ein Optimum bei solchen Werten gefunden, die durch die Bezugsziffer 40 ge¬ kennzeichnet sind. Wird die Beschichtung 35 des Trägerkörpers 28 auf die durch die Bezugsziffer 40 gekennzeichnten Werte einge¬ stellt, so läßt sich die Katalysatorbaugruppe 18 mit äußerst hoher Sicherheit zünden und kann mit etwa der 10-fachen Menge (bezogen auf die maximale Belegungsmenge des herkömmlichen Kata¬ lysators) belegt werden, ohne die Funktionsfähigkeit zu verlieren.

Die experimentellen Werte wurden mit einer Meßapparatur nach dem folgenden Versuchsaufbau gewonnen. Auf einer Heizplatte wird in einem Gefäß Haarpflegemittel bei einer Temperatur von- ca. 140°C bis 160°C verdampft. Das Gefäß befindet sich unter einer Glocke, an deren oberen Ende durch eine Öffnung ein Lockenstab derart be¬ festigt ist, daß er die zur katalytischen Verbrennung erforder¬ liche Luft ausschließlich aus dem Volumen in der Glocke bezieht.

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Durch diese Glocke werden die entstehenden Dämpfe am Entweichen gehindert und mit der Zuluft lediglich dem brennenden Katalysator zugeführt. Zur Versuchsdurchführung wird in Mengen von ca. 10 g bis 15 g Haarpflegemittel (zum Beispiel L'Oreal Studio Line Forming Schaum, ohne FCKW) in das Gefäß eingefüllt und das Ge¬ wicht der eingefüllten Haarpflegemenge mittels einer Waage er¬ mittelt. Während des Versuchs wird die Temperatur am Lockenstab gemessen und aufgeze chnet. Kommt die katalytische Reaktion zum Erliegen, erfolgt eine Bestimmung der tatsächlich verdampften Menge Haarpflegemittel. Falls die Temperatur nicht abfällt, wird nach dem Verdampfen der jeweils eingefüllten Menge Haarpflege¬ mittel mit dem mit Haarpflegemittel belegten Katalysator eine Aufheizkurve gemessen und die Aktivierbarkeit sowie Aufheizzeit überprüft.. Ein Katalysator wird dann als schlecht angesehen, wenn er selbst nach der fünften Zündung nicht aktiviert wird oder die Aufheizzeit mehr als drei Minuten beträgt.

Der im Ausführungsbeispiel beschriebene Katalysator kann bei einer Beschichtung 35 mit einer Masse von etwa 55 mg mit über 70 g Haarpflegemittel belegt werden, ohne daß seine Funktions¬ fähigkeit beeinträchtigt wird, während ein herkömmlicher Kataly¬ sator schon bei einer Belegung mit ca. 5 g Haarpflegemittel (Be¬ zugsziffer 38 in Fig. 4) ausfällt.

In Fig. 5 ist in Abhängigkeit von der Masse π des Trägerkör¬ pers 28 und der Masse m _ß der Beschichtung 35, bezogen auf einen einzigen Katalysator, dargestellt, inwieweit diese Parameter unter Beachtung aller Randbedingungen variierbar sind. Die mit Delta _M und Delta... gekennzeichneten Geraden geben in etwa den zulässigen Variationsbereich des Parameters Delta im Hinblick auf die erforderliche Reduzierung der Vergiftungsanfälligkeit des Katalysators an. Zu große Massen des Trägerkörpers 28 führen zu einer Herabsetzung der Aktiverungsfähigkeit bzw. Aktivierungs-

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Willigkeit des Katalysators und sind daher ungünstig. Anderer¬ seits können zu kleine Massen des Katalysatorträgerkörpers 28 die erforderliche mechanische Stabilität der Katalysatorbaugruppe 18 nicht garantieren. Innerhalb des durch diese Grenzen einge¬ schränkten, möglichen Bereiches kann die Oberfläche der Be¬ schichtung und die Masse des Trägerkörpers des Katalysators variiert werden unter Gewährleistung der mechanischen Stabilität, Aktivierungsfähigkeit und Vergiftungsunanfälligkeit des Kataly¬ sators. Die durch Kreise markierten Bereiche innerhalb dieses möglichen Wertebereiches wurden experimentell untersucht, wobei sich zeigte, daß die dermaßen gestalteten Katalysatoren allen An¬ forderungen genügen. Der durch die Bezugsziffer 41 gekennzeich¬ nete Bereich entspricht dem im bevorzugten Ausführungsbeispiel beschriebenen Katalysator.

Die untersuchten Katalysatoren weisen eine Masse der Beschichtung 35 pro Trägerkörper 28 zwischen 12 mg und 80 mg bei einer Masse m _τ des Trägerkörpers 28 zwischen etwa 70 mg und 700 mg auf. Die

2 sich hieraus ergebenden Werte für Delta (mit 0 _R =-_ 200 m /g

3 ° und s _τ * 7,3 g/cm ) führen zu einem Variationsbereich von et- fi 7 wa 1 . 10 bis 2 . 10 , in dem sich die Katalysatoren allen Anforderungen gewachsen zeigten. Zu berücksichtigen ist bei der Bestimmung der einzelnen Werte, daß die Masse des fest mit dem Trägerkörper 28 verbundenen Halteringes 27 nicht in die oben an¬ gegebene Masse π des Trägerkörpers einbezogen worden ist. Der Haltering 27 weist lediglich eine mechanische, aber nicht kataly¬ tische Funktion auf. Aufgrund der thermischen Kopplung an den Trägerkörper 28 - beide sind mechanisch miteinander verbunden be¬ einflußt er jedoch auch das Aktivierungsverhalten des Kataly¬ sators.

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Obwohl die Erfindung anhand einer Katalysatorbaugruppe in einem gasbetriebenen Lockenstab näher beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese Geräte beschränkt. Die Erfindung findet vorteilhaft An¬ wendung in allen gasbetriebenen Kleingeräten, so zum Beispiel Haartrocknern, Bügeleisen, LockenwickelStationen, Flaschen- wärmern, Warmhalteplatten, Gaskochern u.a. gasbetriebenen Geräten des persönlichen Bedarfs.

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