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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasheizanordnung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.
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Aus der
DE 10 2019 107 384 A1 ist eine Abgasheizanordnung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug bekannt, bei welcher in einem rohrartigen, mit im Wesentlichen kreisrunder Umfangskontur ausgebildeten Heizeinheitgehäuse eine spiralförmig gewundene Heizeinheit angeordnet ist. Die Heizeinheit umfasst einen Mantelheizleiter mit einem Mantel und einem in dem Mantel verlaufenden Heizleiterelement. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Heizleiterelement wird dieses von elektrischem Strom durchflossen. Die dabei aufgrund des elektrischen Widerstandes entstehende Wärme wird über den Mantel auf eine den Mantel an seiner Außenseite umgebende Wärmeübertragungsformation übertragen. Die Wärmeübertragungsformation hat eine mäanderartige Struktur mit zueinander im Wesentlichen parallel angeordneten, in Verbindungsabschnitten miteinander verbundenen und in einem jeweiligen zentralen Bereich von dem Mantel durchsetzten Wärmeübertragungsabschnitten. Das Heizeinheitgehäuse in einer im Wesentlichen der Richtung einer Gehäuselängsachse entsprechenden AbgasHauptströmungsrichtung durchströmendes Abgas strömt entlang der Oberflächen der Wärmeübertragungsabschnitte bzw. Verbindungsabschnitte und nimmt dabei Wärme auf.
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Mit einer derartigen Abgasheizanordnung kann insbesondere in einer Startphase des Betriebs einer Brennkraftmaschine, in welcher das von der Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas eine vergleichsweise niedrige Temperatur hat und auch die in der Abgasanlage vorgesehenen Abgasbehandlungsanordnungen, insbesondere ein oder mehrere Katalysatoren, noch eine vergleichsweise niedrige Temperatur haben und somit eine effiziente Minderung des im Abgas enthaltenen Schadstoffanteils nicht erreichbar ist, der Abgasstrom erwärmt werden und somit Wärme in stromabwärts der Abgasheizanordnung positionierte Systembereiche, insbesondere Abgasbehandlungsanordnungen, eingetragen werden. Dies hat zur Folge, dass die Zeitdauer, während welcher am Beginn des Betriebs der Brennkraftmaschine eine effiziente Abgasreinigung nicht stattfinden kann, deutlich verkürzt werden kann.
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Aus der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2020 130 429.3 ist eine Abgasheizanordnung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher an einer rahmenartigen Trägerstruktur mehrere in Richtung einer jeweiligen Heizeinheit-Längsachse langgestreckte Heizeinheiten mit zueinander parallelen Heizeinheit-Längsachsen und quer zu den jeweiligen Heizeinheit-Längsachsen in Abstand zueinander angeordnet sind. Die Heizeinheiten umfassen jeweils einen in Richtung der jeweiligen Heizeinheit-Längsachse langgestreckten Mantelheizleiter, an dessen Außenoberfläche eine von dem Mantelheizleiter Wärme aufnehmende Wärmeübertragungsformation mit mäanderartiger Struktur angeordnet ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasheizanordnung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine vorzusehen, mit welcher bei hoher Betriebssicherheit eine zuverlässige Erwärmung von die Abgasheizanordnung umströmendem Abgas erreicht wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Abgasheizanordnung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Trägerstruktur und wenigstens eine an der Trägerstruktur getragene in Richtung einer Heizeinheit-Längsachse langgestreckte Heizeinheit mit einer Mehrzahl von in Richtung der Heizeinheit-Längsachse mit Abstand zueinander aufeinander folgend angeordneten, plattenartigen Heizelementen und einer Trägerstange, wobei die Trägerstange der wenigstens einen Heizeinheit ein wenigstens bereichsweise bezüglich der Heizeinheit-Längsachse nicht rotationssymmetrisches Außenquerschnittsprofil aufweist und die Heizelemente der wenigstens einen Heizeinheit jeweils eine Heizelement-Aufnahmeöffnung mit nicht rotationssymmetrischem Öffnungsquerschnittsprofil aufweisen, so dass in wenigstens einer ersten Relativdrehstellung der Trägerstange bezüglich der Heizelemente um die Heizeinheit-Längsachse die Trägerstange in Richtung der Heizeinheit-Längsachse durch die Heizelement-Aufnahmeöffnungen der Heizelemente hindurch bewegbar ist und in wenigstens einer zweiten Relativdrehstellung der Trägerstange bezüglich der Heizelemente um die Heizeinheit-Längsachse die die Trägerstange-Aufnahmeöffnungen durchsetzende Trägerstange bezüglich der Heizelemente in Richtung der Heizeinheit-Längsachse im Wesentlichen nicht bewegbar ist.
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Durch die Abstimmung der Formgebung der Trägerstange einerseits und der diese aufnehmenden Heizelement-Aufnahmeöffnungen andererseits aufeinander besteht die Möglichkeit, die Trägerstange durch die Heizeinheit hindurch zu führen und diese somit in der Heizeinheit zu positionieren. Nach dem Bewegen bzw. Drehen in die zweite Relativdrehstellung kann die Trägerstange bezüglich der Heizelemente der Heizeinheit nicht mehr in Richtung der Heizeinheit-Längsachse bewegt werden, sondern ist mit diesen formschlüssig verbunden und sorgt gleichzeitig dafür, dass die in Richtung der Heizeinheit-Längsachse aufeinanderfolgenden Heizelemente in definierter Positionierung und in Abstand zueinander gehalten werden.
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Um insbesondere die definierte Positionierung der Heizelemente in Abstand zueinander zu gewährleisten, kann die Trägerstange der wenigstens einen Heizeinheit einen in Richtung der Heizeinheit-Längsachse langgestreckten Körperbereich und in wenigstens einem Umfangsbereich eine Gruppe von mit axialem Abstand zueinander angeordneten, bezüglich der Heizeinheit-Längsachse von dem Körperbereich nach radial außen hervorstehenden Heizelement-Eingriffsabschnitten umfassen, wobei bei die Trägerstange-Aufnahmeöffnungen durchsetzender und in der wenigstens einen zweiten Relativdrehstellung positionierter Trägerstange zwischen wenigstens zwei, vorzugsweise allen in Richtung der Heizeinheit-Längsachse unmittelbar aufeinander folgenden Heizelementen jeweils wenigstens ein Heizelement-Eingriffsabschnitt positioniert ist.
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Eine weiter erhöhte Stabilität in der axialen Positionierung der einzelnen Heizelemente kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass an der Trägerstange an zwei bezüglich der Heizeinheit-Längsachse einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen jeweils eine Gruppe von Heizelement-Eingriffsabschnitten vorgesehen ist.
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Die nicht rotationssymmetrische Formgebung der Trägerstange in denjenigen axialen Bereichen, in welchen Heizelement-Eingriffsabschnitte an dieser vorgesehen sind, kann dadurch erreicht werden, dass bei wenigstens einer, vorzugsweise jeder Gruppe von Heizelement-Eingriffsabschnitten die Heizelement-Eingriffsabschnitte mit in Richtung nach radial außen vom Körperbereich weg sich verjüngendem Querschnittsprofil ausgebildet sind.
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Ferner kann die stabile Positionierung der Heizelemente in axialer Richtung dadurch unterstützt werden, dass bei wenigstens einer, vorzugsweise jeder Gruppe von Heizelement-Eingriffsabschnitten der Abstand zwischen zueinander in Richtung der Heizeinheit-Längsachse unmittelbar benachbarten Heizelement-Eingriffsabschnitten im Wesentlichen einer Dicke des zwischen diesen angeordneten Heizelements entspricht.
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Um bei korrekter Positionierung der Trägerstange bezüglich der Heizelemente der wenigstens einen Heizeinheit in Richtung der Heizeinheit-Längsachse eine Rotation der Trägerstange zum Bewegen derselben in die zweite Relativdrehstellung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass der Körperbereich der Trägerstange in zwischen jeweils zwei in Richtung der Heizeinheit-Längsachse angeordneten Heizelement-Eingriffsabschnitten liegenden Längenabschnitten ein im Wesentlichen rotationssymmetrisches, vorzugsweise im Wesentlichen kreisartiges, Außenquerschnittsprofil aufweist.
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Um einerseits das Hindurchführen der Trägerstange mit den daran vorgesehenen Heizelement-Eingriffsabschnitten durch die in den Heizelementen vorgesehenen Heizelement-Aufnahmeöffnungen zu ermöglichen, andererseits bei Positionierung der Trägerstange in der zweiten Relativdrehstellung eine stabile radiale Halterung der Heizelemente an der Trägerstange zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die Heizelement-Aufnahmeöffnungen einen an das Außenquerschnittsprofil der Trägerstange in axial zwischen jeweils zwei in Richtung der Heizeinheit-Längsachse aufeinander folgend angeordneten Heizelement-Eingriffsabschnitten liegenden Längenabschnitten formangepassten zentralen Aufnahmeöffnungsbereich und, ausgehend von dem zentralen Aufnahmeöffnungsbereich, in Zuordnung zu jeder Gruppe von Heizelement-Eingriffsabschnitten einen an das Außenquerschnittsprofil der Trägerstange im axialen Bereich der Heizelement-Eingriffsabschnitte formangepassten Eingriffsabschnitt-Aufnahmeöffnungsbereich aufweist.
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Zur elektrischen Kontaktierung der wenigstens einen Heizeinheit kann in wenigstens einem, vorzugsweise jedem axialen Endbereich der wenigstens einen Heizeinheit auf ein in Richtung der Heizeinheit-Längsachse letztes Heizelement folgend eine Stromschiene angeordnet sein. In Zuordnung zu der wenigstens einen Heizeinheit kann dabei in der Stromschiene eine von der Trägerstange der wenigstens einen Heizeinheit durchsetzte Stromschienen-Aufnahmeöffnung vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, bei welcher ein Öffnungsquerschnittsprofil der Stromschienen-Aufnahmeöffnung im Wesentlichen dem Öffnungsquerschnittsprofil der Heizelement-Aufnahmeöffnungen der Heizelemente der wenigstens einen Heizeinheit entspricht. Somit kann auch eine definierte Positionierung der Trägerstange in einer jeweiligen Stromschienen-Aufnahmeöffnung gewährleistet werden.
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Eine definierte Relativpositionierung zwischen Trägerstange und Stromschienen kann dadurch unterstützt werden, dass an der Trägerstange der wenigstens einen Heizeinheit in wenigstens einem, vorzugsweise jedem axialen Endbereich der Heizeinheit in Zuordnung zu wenigstens einer, vorzugsweise jeder Gruppe von Heizelement-Eingriffsabschnitten ein Stromschienen-Eingriffsabschnitt in axialem Abstand zu einem in Richtung der Heizeinheit-Längsachse letzten Heizelement-Eingriffsabschnitt angeordnet ist, und dass bei die Stromschienen-Aufnahmeöffnung einer jeweiligen Stromschiene und die Heizelement-Aufnahmeöffnungen der Heizelemente durchsetzender, in der wenigstens einen zweiten Relativdrehstellung positionierter Trägerstange eine jeweilige Stromschiene in Richtung der Heizeinheit-Längsachse zwischen dem in Richtung der Heizeinheit-Längsachse letzten Heizelement-Eingriffsabschnitt und einem Stromschienen-Eingriffsabschnitt angeordnet ist.
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Um bei der Halterung einer jeweiligen Stromschiene bezüglich der Trägerstange gleichzeitig auch einen definierten elektrischen Kontakt derselben mit einem unmittelbar folgenden Heizelement sicherzustellen, kann der axiale Abstand zwischen jedem Stromschienen-Eingriffsabschnitt und dem unmittelbar darauf folgenden Heizelement-Eingriffsabschnitt im Wesentlichen einer Dicke der dazwischen angeordneten Stromschiene und des dazwischen angeordneten Heizelements entsprechen. Dies bedeutet, dass der zur Aufnahme des Verbundes aus Stromschiene und Heizelement bereitgestellte Zwischenraum der gesamten axialen Dicke dieses Verbundes entspricht und dadurch das Heizelement und die zugeordnete Stromschiene definiert in Anlage aneinander gehalten sind.
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Beispielsweise kann In wenigstens einem axialen Endbereich der Heizeinheit ein Querschnittsprofil wenigstens eines, vorzugsweise jedes Stromschienen-Eingriffsabschnitts im Wesentlichen einem Querschnittsprofil der Heizelement-Eingriffsabschnitte der zugeordneten Gruppe von Heizelement-Eingriffsabschnitten entsprechen.
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Um einen elektrischen Kurzschluss über die Trägerstange zu vermeiden, kann die Trägerstange der wenigstens einen Heizeinheit mit elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise Keramikmaterial, aufgebaut sein. Ferner kann insbesondere auch zur Bereitstellung eines Aufbaus mit möglichst geringem Gewicht die Trägerstange der wenigstens einen Heizeinheit rohrartig ausgebildet sein. Das im Inneren einer so ausgebildeten Trägerstange bereitgestellte Volumen kann gleichzeitig auch zur Anbindung der Trägerstange an die Trägerstruktur genutzt werden.
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Hierzu kann beispielsweise die wenigstens eine Heizeinheit vermittels wenigstens einer die Trägerstange der wenigen seinen Heizeinheit wenigstens bereichsweise durchsetzenden Verbindungsstange an der Trägerstruktur getragen sein.
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Bei einem einfach zu realisierenden Aufbau, bei welchem gleichzeitig auch eine elektrisch leitende Verbindung der in axialer Richtung aufeinander folgend angeordneten Heizelemente sichergestellt ist, kann die wenigstens eine Heizeinheit einen die Heizelemente und diese verbindende Verbindungsabschnitte umfassenden Heizleiter mit mäanderartiger Struktur umfasst. Ein derartiger Heizleiter kann beispielsweise durch Biegen eines mit elektrisch leitendem Flachmaterial, insbesondere Metallmaterial, bereitgestellten Rohlings in die mäanderartige Struktur bereitgestellt werden.
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Um in einem von Abgas durchströmten Querschnitt einer Abgasführungskomponente eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Abgasstroms bzw. des Stroms von die Abgasheizanordnung umströmendem Gas zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass eine Mehrzahl von Heizeinheiten mit zueinander im Wesentlichen parallelen Heizeinheit-Längsachsen und im Wesentlichen quer zur jeweiligen Heizeinheit-Längsachse aufeinander folgend vorgesehen ist.
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Dabei kann eine möglichst enge und definierte Positionierung der Heizeinheiten dadurch gewährleistet werden, dass wenigstens eine, vorzugsweise jede Heizeinheit bei wenigstens einem, vorzugsweise jedem Heizelement eine quer zur Heizeinheit-Längsachse offene Eingriffsaussparung und bei wenigstens einem, vorzugsweise jedem Heizelement einen im Wesentlichen quer zur Heizeinheit-Längsachse hervorstehenden und bezüglich der Heizeinheit-Längsachse der wenigstens einen Eingriffsaussparung gegenüberliegenden Eingriffsvorsprung aufweist.
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Die Erfindung betrifft ferner Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens eine erfindungsgemäß aufgebaute Abgasheizanordnung.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Heizeinheiten aufgebauten Abgasheizanordnung;
- 2 eine Ansicht der Abgasheizanordnung der 1, betrachtet in einer Abgas-Hauptström ungsrichtung;
- 3 eine Schnittansicht der Abgasheizanordnung der 2, geschnitten längs einer Linie III-III in 2;
- 4 das Detail IV in 3 vergrößert;
- 5 eine Schnittansicht der Abgasheizanordnung der 2, geschnitten längs einer Linie V-V in 2;
- 6 eine perspektivische Ansicht einer Trägerstange einer Abgasheizeinheit;
- 7 eine Seitenansicht der Trägerstange der 6 in Blickrichtung VII in 6;
- 8 eine Seitenansicht der Trägerstange der 6 in Blickrichtung VIII in 6;
- 9 eine Axialansicht der Trägerstange der 6 in Blickrichtung IX in 6;
- 10 eine perspektivische Ansicht einer Stromschiene der Abgasheizanordnung der 2;
- 11 eine perspektivische Ansicht eines eine Mehrzahl von Heizelementen bereitstellenden Heizleiters mit mäanderartiger Struktur;
- 12 eine Verbindungsstange der Abgasheizanordnung der 2;
- 13 eine Draufsicht auf ein Heizelement des Heizleiters der 11,
- 14 das Detail XIV in 5 vergrößert.
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In den Figuren ist eine Abgasheizanordnung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine allgemein mit 10 bezeichnet. Die Abgasheizanordnung 10 dient dazu, in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine strömendes Gas, insbesondere das von einer Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas, zu erwärmen, um auf diese Art und Weise in stromabwärts bezüglich der Abgasheizanordnung 10 liegenden Systembereichen, wie z. B. einem Katalysator oder einem Partikelfilter oder dergleichen, eine schnellere Erwärmung zu erreichen.
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Die Abgasheizanordnung 10 umfasst eine beispielsweise durch Umformen eines bandartigen Blechrohlings bereitgestellte, rahmenartige oder kastenartige Trägerstruktur 12 mit einem in 2 erkennbaren näherungsweise rechteckigen bzw. quadratischen Außenumfangsprofil. In dem von der rahmenartigen Trägerstruktur 12 umgebenen und von dem Gas- bzw. Abgas durchströmbaren Innenraum sind im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel sieben Heizeinheiten 14 angeordnet.
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Jede der in den 3 und 4 deutlicher erkennbaren Heizeinheiten 14 ist grundsätzlich in Richtung einer Heizeinheit-Längsachse H langgestreckt. Die im Inneren der Trägerstruktur 12 angeordneten Heizeinheiten 14 sind mit zueinander parallelen Heizeinheit-Längsachsen H und quer zu diesen Heizeinheit-Längsachsen H nebeneinander bzw. aufeinander folgend angeordnet, so dass beispielsweise alle Heizeinheit-Längsachsen H der Heizeinheiten 14 in einer zu einer Abgashauptströmungsrichtung, welche zur Zeichenebene der 2 orthogonal stehen kann, liegenden Ebene positioniert sind.
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Jede Heizeinheit 14 umfasst eine Vielzahl von plattenartig ausgebildeten Heizelementen 16, die zur jeweiligen Heizeinheit-Längsachse H im Wesentlichen orthogonal ausgerichtet sind und zueinander parallel in Richtung der Heizeinheit-Längsachse H mit vorzugweise im Wesentlichen konstantem Abstand zueinander angeordnet sind. Zum Bereitstellen dieser Vielzahl von in Richtung der Heizeinheit-Längsachse H aufeinanderfolgenden Heizelementen 16 kann jede Heizeinheit 14 einen in 11 dargestellten, aus einem bandartigen Rohling in eine mäanderartige Struktur gebogenem Heizleiter 18 umfassen. In dieser mäanderartigen Struktur liegen die plattenartigen Heizelemente 16 zueinander parallel. In in den 13 und 14 erkennbaren seitlichen Endbereichen sind in Richtung der Heizeinheit-Längsachse H aufeinanderfolgende Heizelemente 16 durch beim Herstellen der mäanderartigen Struktur gebogene Verbindungsabschnitte 20 bzw. 22, 24 miteinander verbunden. Die an einem der seitlichen Endbereiche gebildeten Verbindungsabschnitte 20 stellen jeweils einen quer zur Heizeinheit-Längsachse H vorstehenden Eingriffsvorsprung 26 bereit. Am anderen seitlichen Endbereich ist zwischen den beiden dort vorgesehenen Verbindungsabschnitten 22, 24 eine in Richtung von der Heizeinheit-Längsachse H weg offene Eingriffsaussparung 28 gebildet. Die Eingriffsaussparungen 28 und die Eingriffsvorsprünge 26 sind derart aufeinander abgestimmt, dass, wie dies in 5 bzw. 14 angedeutet ist, bei den nebeneinander liegenden Heizeinheiten 14 die an einer der Heizeinheiten 14 vorgesehenen Eingriffsvorsprünge 26 in die an einer unmittelbar benachbarten Heizeinheit 14 vorgesehenen Eingriffsaussparungen 28 eingreifen. Auf diese Art und Weise wird eine definierte Positionierung der nebeneinander liegenden Heizeinheiten 14 bzw. der Heizleiter 18 derselben erreicht, welche gleichzeitig auch eine sehr dichte Packung der nebeneinander liegenden Heizeinheiten 14 ermöglicht. Da im Heizbetrieb die Heizleiter 18 der nebeneinander liegenden und ineinander eingreifenden Heizeinheiten 14 von Strom durchflossen werden, ist es vorteilhaft, zum Vermeiden eines elektrischen Kurzschlusses in den Bereichen, in welchen Eingriffsvorsprünge 26 in Eingriffsaussparungen 28 eingreifen, entweder einen Zwischenraum zwischen den Heizleitern 18 unmittelbar benachbarter Heizeinheiten 14 zu belassen oder in diesen Bereichen Isoliermateriallagen zwischen den einander jeweils unmittelbar benachbarten Heizeinheiten 14 anzuordnen.
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In jedem der Heizelemente 16 ist eine Heizelement-Aufnahmeöffnung 30 ausgebildet. Die in in Richtung der jeweiligen Heizeinheit-Längsachse H aufeinander folgenden Heizelementen 16 jedes Heizleiters 18 ausgebildeten Heizelement-Aufnahmeöffnungen 30 sind zueinander vorzugsweise gleich gestaltet und deckungsgleich positioniert. Man erkennt in 13, dass die Heizelement-Aufnahmeöffnungen 30 ein nachfolgend noch erläutertes, bezüglich einer jeweiligen Heizelement-Längsachse H nicht rotationssymmetrisches Öffnungsquerschnittsprofil aufweisen.
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Jede Heizeinheit 14 umfasst ferner eine in den 6 bis 9 detaillierter dargestellte Trägerstange 32. Die aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Keramikmaterial, aufgebaute oder/und damit beschichtete Trägerstange 32 weist einen in Richtung der jeweiligen Heizeinheit-Längsachse H langgestreckten Körperbereich 34 auf. Der Körperbereich 34 ist vorzugsweise mit einem rotationssymmetrischen, beispielsweise im Wesentlichen kreisartigen Außenquerschnittsprofil aufgebaut. An bezüglich der Heizeinheit-Längsachse H einander diametral gegenüberliegenden Bereichen des Körperbereichs 34 erstrecken sich von diesem zwei Gruppen 36, 38 von in Richtung der Heizeinheit-Längsachse H mit vorzugsweise gleichem Abstand zueinander angeordneten Heizelement-Eingriffsabschnitten 40, 42. In jeder der beiden Gruppen 36, 38 sind die unmittelbar aufeinanderfolgenden Heizelement-Eingriffsabschnitte mit einem Abstand zueinander angeordnet, welcher im Wesentlichen der Dicke der plattenartigen Heizelemente 16 bzw. des Heizleiters 18 im Bereich der daran ausgebildeten plattenartigen Heizelemente 16 entspricht.
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Die Heizelement-Eingriffsabschnitte 40, 42 weisen eine derartige Formgebung auf, dass sie, ausgehend vom Körperbereich 34, in Richtung von der Heizeinheit-Längsachse H weg eine sich verjüngende Gestalt aufweisen, so dass, wie in 9 erkennbar, sich in Axialansicht ein nicht rotationssymmetrisches, beispielsweise näherungsweise trapezförmiges Außenquerschnittsprofil der Trägerstange 32 in denjenigen Längenbereichen ergibt, in welchen die einander beispielsweise jeweils paarweise zugeordneten bzw. gegenüberliegenden Heizelement-Eingriffsabschnitte 40, 42 der beiden Gruppen 36, 38 positioniert sind.
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Entsprechend dieser nicht rotationssymmetrischen Formgebung der Trägerstange 32 in den axialen Bereichen der Heizelement-Eingriffsabschnitte sind auch die in den Heizelementen 16 ausgebildeten Heizelement-Aufnahmeöffnungen 30 mit einem an die rotationssymmetrische Außenumfangskontur des Körperbereichs 34 angepassten zentralen Öffnungsbereich 44 ausgebildet, an welchen an einander gegenüberliegenden Bereichen jeweils Eingriffsabschnitt-Aufnahmeöffnungsbereiche 46, 48 anschließen.
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Beim Zusammenbau eines jeweiligen Heizleiters 14 mit einer zugeordneten Trägerstange 32 wird zunächst die Trägerstange 32 in einer derartigen ersten Relativdrehstellung bezüglich des Heizleiters 18 bzw. der Heizelemente 16 desselben positioniert, dass die Heizelement-Eingriffsabschnitte 40, 42 mit den Eingriffsabschnitt-Aufnahmeöffnungsbereichen 46, 48 ausgerichtet sind und somit die Trägerstange 32 in Richtung der Heizeinheit-Längsachse H durch den Heizleiter 18 hindurchgeführt werden kann. Ist die Trägerstange 32 vollständig in dem Heizleiter 18 bzw. in alle Heizelemente 16 desselben eingeführt, sind die Heizelement-Eingriffsabschnitte 40, 42 so positioniert, dass sie in Richtung der Heizeinheit-Längsachse H jeweils zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Heizelementen 16 liegen. Die Trägerstange 32 kann dann um die Heizeinheit-Längsachse H beispielsweise um 90° in eine zweite Drehstellung bezüglich des Heizleiters 18 bzw. der Heizelemente 16 desselben gedreht werden, so dass, wie dies die 14 veranschaulicht, die Heizelement-Eingriffsabschnitte auch um 90° bezüglich der Eingriffsabschnitt-Aufnahmeöffnungsbereiche 46, 48 gedreht sind und somit jeweils zwischen zwei einander unmittelbar benachbarte Heizelemente 16 eingreifen. Auf diese Art und Weise sind die Heizelemente 16 in definierter axialer Positionierung und in Abstand zueinander gehalten. Gleichzeitig ist jedes Heizelement 16 durch die Formgebung des an das Außenquerschnittsprofil der Trägerstange 32 in Bereichen zwischen jeweiligen Heizelement-Eingriffsabschnitten 40, 42 formangepassten zentralen Aufnahmeöffnungsbereich 40 in radialer Richtung gestützt. Somit können die einzelnen Heizelemente 16 sich bezüglich der Trägerstange 32 weder in axialer Richtung, noch in radialer Richtung bewegen, so dass ein im Wesentlichen fester Verbund zwischen Trägerstange 32 und Heizleiter 18 bzw. Heizelementen 16 erreicht ist.
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An den beiden axialen Enden der Heizeinheiten 14 bzw. der Heizleiter 18 derselben ist jeweils eine in 10 dargestellte, im Wesentlichen L-förmige Stromschiene 50, 52 angeordnet. Wie in 10 anhand der Stromschiene 50 veranschaulicht, weist diese in Zuordnung zu jeder Heizeinheit 14 bzw. jeder Trägerstange 32 eine Stromschienen-Aufnahmeöffnung 54 auf. Die Stromschienenaufnahmeöffnungen 54 weisen im Wesentlichen die gleiche Formgebung auf wie die Heizelement-Aufnahmeöffnungen 30. Dies ermöglicht es, die Stromschienen 50, 52 in der gleichen Art und Weise an eine jeweilige Trägerstange 32 anzubinden, wie dies bei den Heizelementen 16 der Fall ist.
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Die 6 bis 8 zeigen, dass in den beiden axialen Endbereichen der Trägerstange 32 in Zuordnung zu den beiden Gruppen 36, 38 von Heizelement-Eingriffsabschnitten 40, 42 jeweilige Stromschienen-Eingriffsabschnitte 56, 58 bzw. 60, 62 gebildet sind. Während die in 7 am rechten axialen Endbereich der Trägerstange 32 dargestellten Stromschienen-Eingriffsabschnitte 56, 58 hinsichtlich ihrer Positionierung und Formgebung an die Heizelement-Eingriffsabschnitte 40, 42 der beiden Gruppen 36, 38 angepasst und mit diesen auch deckungsgleich positioniert sind, sind an dem in 7 links erkennbaren axialen Endbereich der Trägerstange 32 die Stromschienen-Eingriffsabschnitte 60, 62 an einem beispielsweise tellerartig geformten Kopf 64 der Trägerstange 32 ausgebildet.
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Die in den beiden axialen Endbereichen vorgesehenen Stromschienen-Eingriffsabschnitte 56, 58 bzw. 60, 62 weisen zu den in den beiden axialen Endbereichen jeweils letzten Heizelement-Eingriffsabschnitten 40`, 42` bzw. 40", 42" der beiden Gruppen 36, 38 einen axialen Abstand auf, welcher der Dicke der jeweiligen Stromschiene 50, 52 in dem die Stromschienen-Aufnahmeöffnungen 54 bereitstellenden Schenkel 66 derselben zusätzlich der Dicke eines in Richtung der Heizeinheit-Längsachse H jeweils letzten Heizelements 16` bzw. 16" des Heizleiters 18 entspricht. Der Verbund jeweils aus einer Stromschiene 50, 52 und einem jeweiligen in axialer Richtung letzten Heizelement 16`, 16" ist somit in axialer Richtung fest zwischen den Stromschienen-Eingriffsabschnitten 56, 58 bzw. 60, 62 und den darauf jeweils unmittelbar folgenden Heizelement-Eingriffsabschnitten 40`, 42` bzw. 40" und 42" gehalten. Auf diese Art und Weise kann gleichzeitig auch ein stabiler elektrisch leitender Kontakt zwischen den axialen Endbereichen eines jeweiligen Heizleiters 18 und den zugeordneten Stromschienen 50, 52 erreicht werden.
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Beim Zusammenbau der Heizeinheiten 14 bzw. der Abgasheizanordnung 10 werden die einzelnen Heizleiter 18 der Heizeinheiten 14 nebeneinander so positioniert, dass diese an ihren axialen Endbereichen von den Stromschienen 50, 52 überdeckt werden können. Die in den Stromschienen 50, 52 ausgebildeten Stromschienen-Aufnahmeöffnungen 54 werden deckungsgleich mit den in den einzelnen Heizleitern 18 bzw. den Heizelementen 16 derselben ausgebildeten Heizelement-Aufnahmeöffnungen 30 positioniert. Daraufhin werden die Trägerstangen 32 durch die Stromschienen 50, 52 bzw. die dazwischen positionierten Heizleiter 18 in der jeweiligen ersten Relativdrehstellung hindurch geführt, bis der Kopf 64 einer jeweiligen Trägerstange 32 in Anlage an dem L-Schenkel 66 der Stromschiene 50 ist. In diesem Zustand durchsetzt jede Trägerstange 32 beide Stromschienen 50, 52 und die dazwischen positionierten Heizleiter 18 derart, dass die Stromschienen-Eingriffsabschnitte 56, 58 an der von den Heizleitern 18 abgewandten Seite des L-Schenkels 68 der Stromschiene 52 liegen. Durch Drehen der Trägerstangen 32 in die jeweilige zweite Relativdrehstellung bezüglich der zugeordneten Heizleiter 18 werden die Heizelement-Eingriffsabschnitte 40, 42 zwischen jeweils zwei Heizelemente 16 eingreifend positioniert. Ferner hintergreifen die Stromschienen-Eingriffsabschnitte 56, 58 bzw. 60, 62 am Kopf 64 die L-Schenkel 66, 68 der Stromschienen 50, 52 an ihren von den Heizleitern 18 abgewandten Seiten. Es ist somit dann ein fester Verbund der Trägerstangen 32 mit den Stromschienen 50, 52 und allen Heizleitern 18 bzw. Heizelementen 16 hergestellt. Dieser feste Verbund kann dann in die rahmenartig ausgestaltete Trägerstruktur 12 eingesetzt werden.
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In einander gegenüberliegenden Rahmenabschnitten 70, 72 der Trägerstruktur 18 sind in Zuordnung zu den Trägerstangen 32 Öffnungen ausgebildet. Die Trägerstangen 32 sind rohrartig ausgebildet, so dass nach dem Einsetzen des Verbundes aus Heizeinheiten 14 und Stromschienen 50, 52 in die Trägerstruktur 12 Verbindungsstangen 74 jeweils durch die in den Rahmenabschnitten 70, 72 gebildeten Öffnungen und durch die rohrartigen Trägerstangen 32 hindurchgeführt werden können und im Bereich ihrer axialen Enden durch Umformen oder/und durch Materialschluss mit der Trägerstruktur 12 fest verbunden werden können. Die Verbindungsstangen 74 können, ebenso wie die Trägerstruktur 12, mit Metallmaterial aufgebaut sein, so dass beispielsweise der feste Verbund durch Verlöten oder Verschweißen erfolgen kann. Da die Trägerstangen 32 mit elektrisch isolierendem Material aufgebaut oder/und beschichtet sind und da zwischen jeder Stromschiene 50, 52 und dem jeweils benachbarten Bereich der Trägerstruktur 12 die Stromschienen-Eingriffsabschnitte 56, 58 bzw. der Kopf 64 mit den daran gebildeten Stromschienen-Eingriffsabschnitten 60, 62 positioniert sind, ist auch eine elektrisch isolierte Halterung aller Heizeinheiten 14 an der rahmenartigen Trägerstruktur 12 gewährleistet.
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Nach dem Verbinden aller Trägereinheiten 14 mit der Trägerstruktur 12 vermittels der Verbindungsstangen 74 können an die jeweiligen kürzeren L-Schenkel 76, 78 der Stromschienen 50, 52 die Trägerstruktur 12 durchsetzende Anschlusseinheiten 80, 82 angebunden werden, über welche die axialen Enden der somit zueinander elektrisch parallel geschalteten Heizleiter 18 aller Heizeinheiten 14 mit einer Spannungsquelle verbunden werden können. Diese Anschlusseinheiten 80, 82 können insbesondere gasdicht durch eine beispielsweise rohrartig aufgebaute oder gehäuseartig ausgebildete Abgasführungskomponente einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine hindurchgeführt werden.
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Mit dem vorangehend beschriebenen und in den Figuren dargestellten Aufbau einer Abgasheizanordnung ist ein einfach zu realisierender mit einer großen Anzahl an Gleichteilen ausgebildeter und somit kostengünstig herstellbarer Aufbau vorgesehen, welcher gleichzeitig dafür sorgt, dass durch definierte Positionierung der Heizleiter der einzelnen Heizeinheiten und auch der einzelnen Heizelemente der einzelnen Heizleiter einerseits eine gleichmäßige Durchströmung mit Gas bzw. Abgas gewährleistet ist, andererseits ein elektrischer Kurzschluss innerhalb eines jeweiligen Heizleiters bzw. zwischen den Heizleitern verschiedener Heizeinheiten vermieden ist. Durch die Formgebung der Trägerstangen einerseits und der diese aufnehmenden Heizelement-Aufnahmeöffnungen andererseits wird es möglich, die Trägerstangen so in den einzelnen Heizleitern zu positionieren, dass die definierte Positionierung der einzelnen Heizelemente vorgegeben und beibehalten werden kann, ohne dass ein materialschlüssiger Verbund zwischen den Trägerstangen und den Heizleitern erzeugt werden muss. Auch Umformungsvorgänge zum Erreichen einer definierten Positionierung der Heizelemente vermittels der Trägerstangen sind bei oder nach dem Einführen der Trägerstangen in die jeweiligen Heizleiter nicht erforderlich.
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Es ist abschließend darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich, abweichend von den voranstehenden Ausführungen bzw. den in den Figuren enthaltenen Darstellungen, insbesondere die Heizelement-Eingriffsabschnitte bzw. auch die Stromschienen-Eingriffsabschnitte eine andere Formgebung aufweisen können und auch die verschiedenen Aufnahmeöffnungen andere Formgebungen aufweisen können, die nicht notwendigerweise exakt komplementär zum Außenquerschnittsprofil der jeweiligen Trägerstangen im axialen Bereich der Heizelement-Eingriffsabschnitte sein müssen. Beispielsweise könnten die Eingriffsabschnitt-Aufnahmeöffnungsbereiche ein näherungsweise rechteckiges oder quadratisches Querschnittsprofil aufweisen. Auch der Körperbereich 34 könnte beispielsweise ein näherungsweise quadratisches Querschnittsprofil aufweisen, so dass dieser bei Positionierung in der zweiten Relativdrehstellung im Wesentlichen nicht über ausgedehnte Umfangsbereiche, sondern nur in Kantenbereichen im zentralen Aufnahmeöffnungsbereich abgestützt sein kann. Der zentrale Aufnahmeöffnungsbereich kann dabei eine im Wesentlichen kreisrunde Querschnittskontur aufweisen bzw. bereitstellen und auf diese Art und Weise an die gleichermaßen zur radialen Abstützung geeignete Querschnittskontur des Körperbereichs einer jeweiligen Trägerstange formangepasst sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019107384 A1 [0002]
- DE 102020130429 [0004]
