DE102022111170B3 - Method and device for a section-by-section removal of a catalytic coating of an electric heating element - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung 2 eines elektrischen Heizelements 1, umfassend die Schritte- Bereitstellen des elektrischen Heizelements 1, das mit der katalytischen Beschichtung 2 beschichtet ist,- Positionieren des Heizelements 1 zwischen einem ersten Halteelement 101 und einem zweiten Halteelement 102, so dass eine erste Stirnseite 10 des Heizelements 1 zum ersten Halteelement 101 weist und eine zweite Stirnseite 11 des Heizelements 1 zum zweiten Halteelement 102 weist, und Fixieren des Heizelements 1 mittels der beiden Halteelemente 101, 102, wobei die Halteelemente 101, 102 die beiden Stirnseiten 10, 11 derart abdecken, dass jeweils nur die äußeren, zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 unabgedeckt bleiben,- Rotieren der beiden Halteelemente 101, 102 und des zwischen diesen positionierten Heizelements 1 um eine Rotationsachse 105 und Beaufschlagen der zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 mit einem Entschichtungsmedium,- Stoppen der Beaufschlagung mit dem Entschichtungsmedium und der Rotation des Heizelements 1 und Freigeben des Heizelements 1, wenn die Beschichtung 2 in den zu entschichtenden Bereichen 20, 21, 22 abgetragen wurde.The invention relates to a method for sectional removal of a catalytic coating 2 of an electric heating element 1, comprising the steps of providing the electric heating element 1 coated with the catalytic coating 2, positioning the heating element 1 between a first holding element 101 and a second Holding element 102, so that a first end face 10 of the heating element 1 faces the first holding element 101 and a second end face 11 of the heating element 1 faces the second holding element 102, and fixing the heating element 1 by means of the two holding elements 101, 102, the holding elements 101, 102 cover the two end faces 10, 11 in such a way that only the outer areas 20, 21, 22 to be stripped remain uncovered, - rotating the two holding elements 101, 102 and the heating element 1 positioned between them about an axis of rotation 105 and applying the to be stripped Areas 20, 21, 22 with a decoating medium, stopping the application of the decoating medium and the rotation of the heating element 1 and releasing the heating element 1 when the coating 2 has been removed in the areas 20, 21, 22 to be decoated.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements.The present invention relates to a method and a device for a sectional removal of a catalytic coating of an electric heating element.

Bei Kraftfahrzeugen, die mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet sind, ist für eine Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Normen zu Abgasemissionen eine Nachbehandlung der Abgase erforderlich. Die für diese Abgasnachbehandlung vorgesehenen Komponenten einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wie zum Beispiel Katalysatoren und Partikelfilter, sollten hierbei möglichst unmittelbar nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine ihre so genannte „Light-Off“-Temperatur (= „Anspring“-Temperatur der Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung) erreichen, damit eine wirksame Nachbehandlung der emissionsbehafteten Abgase erfolgen kann.In motor vehicles that are equipped with an internal combustion engine, after-treatment of the exhaust gases is required to comply with the statutory standards for exhaust emissions. The components of an exhaust aftertreatment device intended for this exhaust aftertreatment, such as catalytic converters and particle filters, should reach their so-called "light-off" temperature (= "starting" temperature of the components of the exhaust aftertreatment device) as soon as possible after the cold start of the internal combustion engine, so that effective aftertreatment of the exhaust gases affected by emissions can take place.

Um nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine eine möglichst rasche Aufheizung der Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere zumindest eines Katalysators und zumindest eines Partikelfilters, zu bewirken, können ein oder mehrere elektrische Heizelemente, die in Abgasströmungsrichtung vor einer zu beheizenden Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet sind, vorgesehen sein. Diese elektrischen Heizelemente können die aus der elektrischen Energie umgewandelte Wärmeenergie auf den Abgasstrom übertragen, der seinerseits die nachfolgenden Abgasnachbehandlungskomponenten aufheizt.In order to heat up the components of the exhaust gas aftertreatment device, in particular at least one catalytic converter and at least one particle filter, as quickly as possible after the cold start of the internal combustion engine, one or more electric heating elements can be provided, which are arranged upstream of an exhaust gas aftertreatment component to be heated in the exhaust gas flow direction. These electrical heating elements can transfer the thermal energy converted from the electrical energy to the exhaust gas flow, which in turn heats up the downstream exhaust gas aftertreatment components.

Alternativ können die elektrischen Heizelemente selbst mit einer katalytischen Beschichtung aus einem keramischen Werkstoff versehen sein. Diese katalytische Beschichtung macht die elektrischen Heizelemente zu sich während des Betriebs selbst aufheizenden Abgasnachbehandlungskomponenten, wie zum Beispiel Heizkatalysatoren, der Abgasnachbehandlungseinrichtung.Alternatively, the electric heating elements themselves can be provided with a catalytic coating made of a ceramic material. This catalytic coating turns the electrical heating elements into exhaust gas aftertreatment components that heat themselves up during operation, such as heated catalytic converters, of the exhaust aftertreatment device.

Um ein elektrisches Heizelement mit einer katalytischen Beschichtung in einem das Heizelement umgebenden metallischen Gehäuse, insbesondere in einem Blech-Gehäuse, unterzubringen, werden entsprechende Kontaktflächen benötigt, die frei von der keramischen, katalytischen Beschichtung sind. Diese Kontaktflächen ermöglichen es zum Beispiel, dass sich das elektrische Heizelement während des Aufheizens innerhalb seiner „schwimmenden“ Lagerung innerhalb des Gehäuses spannungsfrei ausdehnen kann. Wenn sich jedoch Beschichtungsreste auf diesen Kontaktstellen befinden, erhöhen diese die Reibung der „schwimmenden“ Lagerung in einer undefinierten Art und Weise, so dass sich das Heizelement durch eine behinderte Wärmeausdehnung in dem metallischen Gehäuse unter Umständen verklemmen kann. Dieses kann im ungünstigsten Fall zu einem elektrischen Kurzschluss führen, wodurch das elektrische Heizelement zerstört und damit unbrauchbar wird.In order to accommodate an electrical heating element with a catalytic coating in a metallic housing surrounding the heating element, in particular in a sheet metal housing, corresponding contact surfaces are required which are free of the ceramic, catalytic coating. These contact surfaces make it possible, for example, for the electric heating element to expand without tension during heating up within its "floating" bearing within the housing. However, if there are coating residues on these contact points, they increase the friction of the "floating" bearing in an undefined way, so that the heating element can jam in the metal housing due to impeded thermal expansion. In the worst case, this can lead to an electrical short circuit, which destroys the electrical heating element and thus renders it unusable.

Daher wird grundsätzlich versucht, von der katalytischen Beschichtung auszunehmende Bereiche bereits bei der Herstellung des elektrischen Heizelements in geeigneter Weise zu maskieren, damit diese Bereiche während des Beschichtungsprozesses erst gar nicht beschichtet werden. Abhängig von der Geometrie des zu beschichtenden Bauteils ist dieses jedoch nicht immer möglich. Speziell im Randbereich der Maskierung läuft der noch flüssige Beschichtungswerkstoff zum Beispiel auch in die dort befindlichen Fluiddurchströmungskanäle beziehungsweise Fluiddurchströmungszellen, welche durch die Maskierung nur anteilig überdeckt werden können. Befinden sich zum Beispiel mäanderförmige Schlitze des Heizelements oder sonstige schlecht maskierbare Geometrien an der Maskierungsgrenze, unterwandert dort der noch flüssige Beschichtungswerkstoff die Maskierung.For this reason, attempts are made in principle to mask areas that are to be excluded from the catalytic coating in a suitable manner during the production of the electrical heating element, so that these areas are not coated at all during the coating process. However, depending on the geometry of the component to be coated, this is not always possible. Especially in the edge area of the masking, the still liquid coating material also runs, for example, into the fluid flow channels or fluid flow cells located there, which can only be partially covered by the masking. If, for example, there are meandering slits in the heating element or other geometries that are difficult to mask at the masking boundary, the still liquid coating material infiltrates the masking there.

Nach einer Trocknung der Beschichtung muss der unter die Maskierung gelaufene katalytische Beschichtungswerkstoff mechanisch sehr aufwändig mittels einer Schleifeinrichtung oder mithilfe von Drahtbürsten entfernt werden. Aus wirtschaftlicher Sicht kann die Beschichtung dabei nur an sehr gut zugänglichen Bereichen des elektrischen Heizelements vollständig entfernt werden. An weniger gut zugänglichen Bereichen des Heizelements verbleibt ein Großteil der Beschichtung auf dem Bauteil. Bei elektrischen Heizelementen, die in Abgasnachbehandlungseinrichtungen verwendet werden, ist dieses insofern von Nachteil, da die katalytische Beschichtung elektrisch leitend ist und eine unzulässige Beschichtung zu einem elektrischen Kurzschluss zwischen der elektrischen Kontaktierung und dem Heizbereich des elektrischen Heizelements führen kann.After the coating has dried, the catalytic coating material that has run under the masking must be removed mechanically in a very complex manner using a grinding device or wire brushes. From an economic point of view, the coating can only be completely removed from areas of the electrical heating element that are easily accessible. A large part of the coating remains on the component in less accessible areas of the heating element. In the case of electrical heating elements used in exhaust gas aftertreatment devices, this is disadvantageous in that the catalytic coating is electrically conductive and an impermissible coating can lead to an electrical short circuit between the electrical contact and the heating area of the electrical heating element.

Aus der US 2013 / 0 180 955 A1 ist ein Apparat und eine Methode zum Auftragen von Beschichtungsbereichen auf ein Substrat bekannt, welches auch eine Verfahren zum Entfernen von Beschichtung mittels eines Lösungsmittels enthält.US 2013/0 180 955 A1 discloses an apparatus and a method for applying coating areas to a substrate, which also contains a method for removing coating using a solvent.

Die WO 2003/ 070 391 A1 zeigt eine Methode zum Säubern der Außenseite und entfernen von Labels von wiederverwendbaren Flaschen, wobei ein Lösungsmittel zusammen mit Druckluft verwendet wird.WO 2003/070391 A1 shows a method for cleaning the outside and removing labels from reusable bottles using a solvent together with compressed air.

In der US 5 364 474 A wird eine Methode zum Entfernen von Partikeln von einem Arbeitsstück gezeigt, wobei sich das Arbeitsstück auf einer rotierenden Hilfsplatte befindet und mit einem Dampf aus Säuberungsmaterial besprüht wird.In the U.S. 5,364,474A a method for removing particles from a workpiece is shown, with the workpiece rotating on a rotating ends auxiliary plate and is sprayed with a vapor of cleaning material.

Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements zur Verfügung zu stellen, mittels derer die in bestimmten Bereichen des Heizelements nicht benötigte Beschichtung auf besonders einfache und wirksame Weise entfernt werden kann.The object of the present invention is to provide a method and a device for removing a catalytic coating of an electric heating element in sections, by means of which the coating that is not required in certain areas of the heating element can be removed in a particularly simple and effective manner.

Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The solution to this problem is provided by a method for sectional removal of a catalytic coating on an electric heating element with the features of claim 1. With regard to the device, this problem is solved by a device for sectional removal of a catalytic coating on an electric heating element with the features of claim 7. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements umfasst die Schritte:

  • - Bereitstellen des elektrischen Heizelements, das mit der katalytischen Beschichtung beschichtet ist,
  • - Positionieren des Heizelements zwischen einem ersten Halteelement und einem zweiten Halteelement, so dass eine erste Stirnseite des Heizelements zum ersten Halteelement weist und eine zweite Stirnseite des Heizelements zum zweiten Halteelement weist, und Fixieren des Heizelements mittels der beiden Halteelemente, wobei die Halteelemente die beiden Stirnseiten derart abdecken, dass jeweils nur die äußeren, zu entschichtenden Bereiche unabgedeckt bleiben,
  • - Rotieren der beiden Halteelemente und des zwischen diesen positionierten Heizelements um eine erste Rotationsachse und Beaufschlagen der zu entschichtenden Bereiche mit einem Entschichtungsmedium und
  • - Stoppen der Beaufschlagung mit dem Entschichtungsmedium und der Rotation des Heizelements und Freigeben des Heizelements, wenn die Beschichtung in den zu entschichtenden Bereichen abgetragen wurde.
A method according to the invention for a section-by-section removal of a catalytic coating of an electric heating element comprises the steps:
  • - providing the electric heating element coated with the catalytic coating,
  • - Positioning the heating element between a first holding element and a second holding element, so that a first end face of the heating element faces the first holding element and a second end face of the heating element faces the second holding element, and fixing the heating element by means of the two holding elements, the holding elements covering the two end faces in such a way that only the outer areas to be stripped of the coating remain uncovered,
  • - Rotating the two holding elements and the heating element positioned between them about a first axis of rotation and applying a decoating medium to the areas to be decoated and
  • - Stopping the application of the decoating medium and the rotation of the heating element and releasing the heating element when the coating has been removed in the areas to be decoated.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Weise eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements in den zu entschichtenden Bereichen, die sich jeweils an den äußeren Randbereichen der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des elektrischen Heizelements befinden.The method according to the invention enables a catalytic coating of an electric heating element to be removed in sections in a simple manner in the areas to be decoated, which are located on the outer edge areas of the two opposite end faces of the electric heating element.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Halteelemente zur Fixierung des Heizelements in Richtung des zwischen diesen positionierten Heizelements bewegt werden und das Heizelement mittenzentriert mittels einer definierten Kraft fixieren. Dadurch wird insbesondere eine klemmende, mittenzentierte Fixierung des elektrischen Heizelements zwischen den beiden Haltelementen mit einer definierten Kraft ermöglicht, wobei diese Fixierung in vorteilhafter Weise ohne zusätzliche Werkzeuge erfolgen kann.In a preferred embodiment, it is proposed that the holding elements for fixing the heating element are moved in the direction of the heating element positioned between them and fix the heating element in a centered manner by means of a defined force. This enables in particular a clamping, centered fixation of the electric heating element between the two holding elements with a defined force, with this fixation being able to take place advantageously without additional tools.

In einer Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die zu entschichtenden Bereiche des Heizelements mittels einer Strahldüse mit dem Entschichtungsmedium beaufschlagt werden. Eine derartige Strahldüse schafft insbesondere die Möglichkeit einer präzisen Abtragung der Beschichtung in den zu entschichtenden Bereichen des elektrischen Heizelements.In one embodiment, there is the possibility that the areas of the heating element to be decoated are exposed to the decoating medium by means of a jet nozzle. Such a jet nozzle creates in particular the possibility of a precise removal of the coating in the areas of the electric heating element to be decoated.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Strahldüse in einem definierten Schwenkbereich um eine Schwenkachse bewegt wird, die sich orthogonal zur gemeinsamen Rotationsachse der beiden Halteelemente erstreckt. In a preferred embodiment it can be provided that the jet nozzle is moved in a defined pivoting range about a pivoting axis which extends orthogonally to the common axis of rotation of the two holding elements.

Dadurch kann eine gleichmäßige Abtragung der katalytischen Beschichtung in den zu entschichtenden Bereichen des Heizelements erreicht werden.As a result, a uniform removal of the catalytic coating can be achieved in the areas of the heating element to be decoated.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass als Entschichtungsmedium Trockeneis verwendet wird. Die Verwendung von Trockeneis, bei dem es sich um festes Kohlenstoffdioxid (kurz: CO2) handelt, ist besonders vorteilhaft, da das lokale Abtragen der Beschichtung in den zu entschichtenden Bereichen des elektrischen Heizelements damit sowohl abrasiv als auch durch eine Thermoschock-Versprödung - also durch thermische Spannungen zwischen der Beschichtung und dem Heizelement - erfolgen kann. Die Verwendung von Trockeneis als Entschichtungsmedium hat ferner den Vorteil, dass die vom Heizelement in den zu entschichtenden Bereichen abgetragene Beschichtung frei von Verunreinigungen ist, da das Trockeneis nach dem Abstrahlen durch Sublimation direkt von einem festen in einen gasförmigen Aggregatzustand wechselt und somit zwischen diesen beiden Phasen keinen flüssigen Aggregatzustand einnimmt.In a particularly preferred embodiment, it is proposed that dry ice be used as the decoating medium. The use of dry ice, which is solid carbon dioxide (CO 2 for short), is particularly advantageous because the local removal of the coating in the areas of the electric heating element to be decoated can be both abrasive and thermal shock embrittlement - i.e. due to thermal stresses between the coating and the heating element. The use of dry ice as a decoating medium also has the advantage that the coating removed by the heating element in the areas to be decoated is free of contamination, since the dry ice changes directly from a solid to a gaseous state of aggregation after blasting by sublimation and thus does not assume a liquid state of aggregation between these two phases.

Vorzugsweise kann das Verfahren teilautomatisiert oder in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform auch vollautomatisiert ausgeführt werden.The method can preferably be partially automated or, in a particularly advantageous embodiment, fully automated.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfasst

  • - ein erstes Halteelement und ein zweites Halteelement, zwischen denen das Heizelement positionierbar ist, wobei die Halteelemente so ausgebildet sind, dass sie das zwischen diesen positionierte Heizelement fixieren und die beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Halteelements derart abdecken, dass jeweils nur die äußeren, zu entschichtenden Bereiche unabgedeckt bleiben,
  • - eine Antriebsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine gemeinsame Rotationsbewegung der beiden Halteelemente und des mittels der beiden Halteelemente fixierten Heizelements um eine Rotationsachse anzutreiben, sowie
  • - Mittel zur Beaufschlagung des Heizelements mit einem Entschichtungsmedium.
A device according to the invention for a sectional removal of a catalytic coating of an electric heating element, in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 6, comprises
  • - a first holding element and a second holding element, between which the heating element can be positioned, the holding elements being designed in such a way that they fix the heating element positioned between them and cover the two opposite end faces of the holding element in such a way that only the outer areas to be stripped of the coating remain uncovered,
  • - a drive device which is designed to drive a common rotational movement of the two holding elements and of the heating element fixed by means of the two holding elements about an axis of rotation, and
  • - Means for applying a decoating medium to the heating element.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht auf einfache Weise eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements in den zu entschichtenden Bereichen, die sich jeweils an den äußeren Randbereichen der beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten des elektrischen Heizelements befinden. Die Vorrichtung kann insbesondere so ausgebildet sein, dass sie teilautomatisiert oder in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform auch vollautomatisiert betrieben werden kann.The device according to the invention enables a catalytic coating of an electric heating element to be removed in sections in a simple manner in the areas to be decoated, which are located on the outer edge areas of the two opposite end faces of the electric heating element. In particular, the device can be designed in such a way that it can be operated partially automatically or, in a particularly advantageous embodiment, also fully automatically.

In einer Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Mittel zur Beaufschlagung des Heizelements mit einem Entschichtungsmedium dazu ausgebildet sind, die zu entschichtenden Bereiche mit Trockeneis als Entschichtungsmedium zu beaufschlagen. Die Vorteile der Verwendung von Trockeneis als Entschichtungsmedium wurden oben bereits erläutert.In one embodiment, it is proposed that the means for applying a decoating medium to the heating element are designed to apply dry ice as the decoating medium to the areas to be decoated. The advantages of using dry ice as a decoating medium have already been explained above.

In einer Ausführungsform besteht die Möglichkeit, dass die Mittel zur Beaufschlagung des Heizelements mit einem Entschichtungsmedium eine Strahldüse umfassen. Diese Strahldüse schafft insbesondere die Möglichkeit einer präzisen Abtragung der Beschichtung in den zu entschichtenden Bereichen des elektrischen Heizelements.In one embodiment, there is the possibility that the means for applying a decoating medium to the heating element include a jet nozzle. In particular, this jet nozzle creates the possibility of a precise removal of the coating in the areas of the electric heating element to be decoated.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Strahldüse so ausgebildet ist, dass sie in einem definierten Schwenkbereich um eine Schwenkachse bewegbar ist, die sich orthogonal zur gemeinsamen Rotationsachse der beiden Halteelemente erstreckt. Dadurch kann die katalytische Beschichtung in den zu entschichtenden Bereichen des elektrischen Heizelements mit hoher Präzision auch bis in kleinste Bereiche abgetragen werden.In a preferred embodiment, it is proposed that the jet nozzle be designed in such a way that it can be moved in a defined pivoting range about a pivot axis that extends orthogonally to the common axis of rotation of the two holding elements. As a result, the catalytic coating can be removed with high precision even down to the smallest areas in the areas of the electric heating element that are to be decoated.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei zeigen:

  • 1 a bis 1d eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements in einer Draufsicht,
  • 2a bis 2d eine schematisch stark vereinfachte Darstellung des Verfahrens und der Vorrichtung für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung eines elektrischen Heizelements in einer in Bezug auf 1 um 90° gedrehten Seitenansicht.
Further features and advantages of the present invention become clear from the following description of a preferred exemplary embodiment with reference to the attached figures. show:
  • 1 a until 1d a schematic, highly simplified representation of a method and a device for a section-by-section removal of a catalytic coating of an electric heating element in a plan view,
  • 2a until 2d a schematically greatly simplified representation of the method and the device for a sectional removal of a catalytic coating of an electric heating element in relation to 1 90° rotated side view.

Unter Bezugnahme auf 1a und 2a wird in einem ersten Verfahrensschritt S1 ein elektrisches Heizelement 1, welches für eine Verwendung in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, bereitgestellt. Dieses elektrische Heizelement 1 ist im Wesentlichen zylindrisch geformt und weist eine keramische, katalytische Beschichtung 2 auf. 1a zeigt das elektrische Heizelement 1 mit seiner katalytischen Beschichtung 2 in einer Draufsicht, wobei die einzelnen Fluiddurchströmungskanäle beziehungsweise Fluiddurchströmungszellen, durch die während des Betriebs die heißen Abgase der Brennkraftmaschine strömen, quadratisch dargestellt wurden. 2a zeigt das elektrische Heizelement 1 in einer in Bezug auf 1 um 90° gedrehten Seitenansicht.With reference to 1a and 2a In a first method step S1, an electrical heating element 1, which is provided for use in an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine, is provided. This electrical heating element 1 is essentially cylindrical in shape and has a ceramic, catalytic coating 2 . 1a shows the electric heating element 1 with its catalytic coating 2 in a plan view, the individual fluid flow channels or fluid flow cells through which the hot exhaust gases of the internal combustion engine flow during operation being shown as a square. 2a FIG. 1 shows the electric heating element 1 in FIG 1 90° rotated side view.

Um dieses elektrische Heizelement 1 in einem das Heizelement 1 umgebenden metallischen Gehäuse, insbesondere in einem Blech-Gehäuse, unterzubringen, werden entsprechende Kontaktflächen benötigt, die frei von der keramischen, katalytischen Beschichtung 2 sind. Diese Kontaktflächen ermöglichen es zum Beispiel, dass sich das elektrische Heizelement 1 während des Aufheizens innerhalb seiner „schwimmenden“ Lagerung spannungsfrei ausdehnen kann. Wenn sich jedoch Beschichtungsreste auf diesen Kontaktstellen befinden, erhöhen diese die Reibung der „schwimmenden“ Lagerung in einer undefinierten Art und Weise, so dass sich das Heizelement 1 durch eine behinderte Wärmeausdehnung innerhalb des metallischen Gehäuses unter Umständen verklemmen kann. Dieses kann im ungünstigsten Fall zu einem elektrischen Kurzschluss führen, wodurch das elektrische Heizelement 1 zerstört und damit unbrauchbar wird.In order to accommodate this electrical heating element 1 in a metal housing surrounding the heating element 1, in particular in a sheet metal housing, corresponding contact surfaces are required which are free of the ceramic, catalytic coating 2. These contact surfaces make it possible, for example, for the electric heating element 1 to expand without stress within its “floating” mounting during heating. However, if there are coating residues on these contact points, they increase the friction of the "floating" bearing in an undefined manner, so that the heating element 1 can possibly jam due to impeded thermal expansion within the metallic housing. In the worst case, this can lead to an electrical short circuit, as a result of which the electrical heating element 1 is destroyed and thus becomes unusable.

Diese katalytische Beschichtung 2 des elektrischen Heizelements 1 wird in der nachfolgend beschriebenen Weise mittels einer für diesen Zweck vorgesehenen und entsprechend ausgebildeten Vorrichtung 100 abschnittsweise abgetragen, so dass mit anderen Worten also eine teilweise Entschichtung des elektrischen Heizelements 1 erfolgt.This catalytic coating 2 of the electric heating element 1 is removed in sections in the manner described below by means of a device 100 provided for this purpose and designed accordingly, so that in other words a partial decoating of the electric heating element 1 takes place.

Die Vorrichtung 100 zur abschnittsweisen Abtragung (Entschichtung) der katalytischen Beschichtung 2 des elektrischen Heizelements 1 umfasst ein erstes Halteelement 101 sowie ein zweites Halteelement 102, zwischen denen das Heizelement 1 in einem zweiten Verfahrensschritt S2 (1 b und 2b) derart positioniert wird, dass eine erste Stirnseite 10 des Heizelements 1 zum ersten Halteelement 101 weist und eine zweite Stirnseite 11 des Heizelements 1 zum zweiten Halteelement 102 weist. Die beiden Stirnseiten 10, 11 des Heizelements 1 sind im Wesentlichen kreisrund geformt. Die Halteelemente 101, 102 sind dazu ausgebildet, eine der beiden Stirnseiten 10, 11 des Heizelements 1 derart abzudecken, dass jeweils nur die äußeren, zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 unabgedeckt bleiben. Die zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 befinden sich somit an einem Außenrand der beiden Stirnseiten 10, 11 des Heizelements 1. Die Halteelemente 101, 102 werden in Richtung des zwischen diesen positionierten Heizelements 1 verfahren und fixieren das Heizelement 1 mittenzentriert mittels einer definierten Kraft F. Das Heizelement 1 wird also klemmend zwischen den beiden Halteelementen 101, 102, die kreisrunde Klemmflächen aufweisen, festgelegt. Unter den Halteelementen 101, 102 geschützt befinden sich jeweils die an den Stirnseiten 10, 11 des Heizelements 1 zu erhaltenden Bereiche der katalytischen Beschichtung 2 des elektrischen Heizelements 1.The device 100 for section-by-section removal (decoating) of the catalytic coating 2 of the electric heating element 1 comprises a first holding element 101 and a second holding element 102, between which the heating element 1 is held in a second method step S2 ( 1 b and 2 B) is positioned in such a way that a first face 10 of the heating element 1 faces the first holding element 101 and a second face 11 of the heating element 1 faces the second holding element 102 . The two end faces 10, 11 of the heating element 1 are essentially circular in shape. The holding elements 101, 102 are designed to cover one of the two end faces 10, 11 of the heating element 1 in such a way that only the outer areas 20, 21, 22 to be stripped of the coating remain uncovered. The areas 20, 21, 22 to be stripped of coating are thus located on an outer edge of the two end faces 10, 11 of the heating element 1. The holding elements 101, 102 are moved in the direction of the heating element 1 positioned between them and fix the heating element 1 in a centered manner by means of a defined force F. The heating element 1 is therefore clamped between the two holding elements 101, 102, which have circular clamping surfaces. Protected under the holding elements 101, 102 are the areas of the catalytic coating 2 of the electric heating element 1 to be preserved on the end faces 10, 11 of the heating element 1.

Die Vorrichtung 100 umfasst ferner eine Antriebsvorrichtung 103, die dazu ausgebildet ist, in einem Verfahrensschritt S3 (1c und 2c) eine gemeinsame Rotationsbewegung der beiden Halteelemente 101, 102 und damit auch eine Rotationsbewegung des mittels der beiden Halteelemente 101, 102 fixierten Heizelements 1, welches zwischen diesen positioniert ist, anzutreiben. Die Rotationsachse 105 erstreckt sich dabei orthogonal zu den Stirnseiten 10, 11 des Heizelements 1.The device 100 also includes a drive device 103, which is designed to, in a method step S3 ( 1c and 2c ) to drive a common rotational movement of the two holding elements 101, 102 and thus also a rotational movement of the heating element 1, which is fixed by means of the two holding elements 101, 102 and is positioned between them. The axis of rotation 105 extends orthogonally to the end faces 10, 11 of the heating element 1.

Die Vorrichtung 100 weist darüber hinaus eine Strahldüse 104 auf, die dazu eingerichtet ist, das elektrische Heizelement 1 bei dessen Rotationsbewegung mit einem Entschichtungsmedium zum Abtragen der Beschichtung 2 in den zu entschichtenden Bereichen 20, 21, 22 zu beaufschlagen. Wie insbesondere in 2c zu erkennen, kann die Strahldüse 104 in einem gewissen Schwenkbereich von einer ersten Position in eine zweite Position (und umgekehrt) um eine Schwenkachse bewegt werden, die sich orthogonal zur gemeinsamen Rotationsachse 105 der beiden Halteelemente 101, 102 erstreckt.The device 100 also has a jet nozzle 104 which is set up to apply a decoating medium to the electric heating element 1 during its rotational movement in order to remove the coating 2 in the areas 20, 21, 22 to be decoated. As in particular in 2c As can be seen, the jet nozzle 104 can be moved in a certain pivoting range from a first position to a second position (and vice versa) about a pivot axis which extends orthogonally to the common axis of rotation 105 of the two holding elements 101, 102.

Die in einem definierten Verfahrweg auf das Heizelement 1 gerichtete Strahldüse 104 trägt die Beschichtung 2 durch die Beaufschlagung mit dem Entschichtungsmedium ab und schwenkt während des Entschichtungsprozesses allmählich über den Randbereich des Heizelements 1 hinweg. Dadurch wird die Beschichtung 2 in den zu entschichtenden Bereichen 20, 21, 22 des Heizelements 1 auf einfache Weise zuverlässig bis in kleinste Bereiche abgetragen.The jet nozzle 104, which is directed onto the heating element 1 in a defined travel path, removes the coating 2 through the application of the decoating medium and gradually pivots over the edge region of the heating element 1 during the decoating process. As a result, the coating 2 in the regions 20, 21, 22 of the heating element 1 to be stripped is reliably removed in a simple manner down to the smallest regions.

Als Entschichtungsmedium wird vorzugsweise Trockeneis - also festes Kohlenstoffdioxid (CO2) - verwendet, da das lokale Abtragen der Beschichtung 2 in den zu entschichtenden Bereichen 20, 21, 22 des elektrischen Heizelements 1 damit sowohl abrasiv als auch durch eine Thermoschock-Versprödung - also durch thermische Spannungen zwischen der Beschichtung 2 und dem Heizelement 1 - erfolgt. Die Verwendung von Trockeneis als Entschichtungsmedium hat ferner den Vorteil, dass die vom Heizelement 1 in den zu entschichtenden Bereichen 20, 21, 22 abgetragene Beschichtung 2 frei von Verunreinigungen ist, da das Trockeneis nach dem Abstrahlen seinen Aggregatzustand durch Sublimation direkt von fest in gasförmig wechselt und somit zwischen diesen Phasen keinen flüssigen Aggregatzustand einnimmt.Dry ice - i.e. solid carbon dioxide (CO 2 ) - is preferably used as the decoating medium, since the local removal of the coating 2 in the regions 20, 21, 22 of the electric heating element 1 to be decoated takes place both abrasively and through thermal shock embrittlement - i.e. through thermal stresses between the coating 2 and the heating element 1. The use of dry ice as a decoating medium also has the advantage that the coating 2 removed by the heating element 1 in the areas 20, 21, 22 to be decoated is free of contamination, since the dry ice changes its aggregate state directly from solid to gaseous after blasting through sublimation and thus does not assume a liquid aggregate state between these phases.

Nach dem vollständigen Abtragen der Beschichtung 2 in den zu entschichtenden Bereichen 20, 21, 22 des elektrischen Heizelements 1 wird die Strahldüse 104 deaktiviert. Ferner wird auch die Rotation der Halteelemente 101, 102 gestoppt. Die Halteelemente 101, 102 fahren anschließend auseinander und geben das zwischen diesen positionierte Heizelement 1 wieder frei, so dass dieses aus der Vorrichtung entnommen werden kann (Verfahrensschritt S4).After the coating 2 has been completely removed in the areas 20, 21, 22 of the electric heating element 1 to be decoated, the jet nozzle 104 is deactivated. Furthermore, the rotation of the holding members 101, 102 is also stopped. The holding elements 101, 102 then move apart and release the heating element 1 positioned between them again, so that it can be removed from the device (method step S4).

Die nach der Beendigung des Verfahrens vollständig entschichteten Bereiche 20, 21, 22 ermöglichen insbesondere eine definierte und reproduzierbare Halterung des Heizelements 1 in einem metallischen Gehäuse, insbesondere in einem Gehäuse aus Blech.The areas 20, 21, 22 from which the coating has been completely removed after the end of the method enable in particular a defined and reproducible mounting of the heating element 1 in a metallic housing, in particular in a housing made of sheet metal.

Vorzugsweise ist die Vorrichtung 100 so ausgebildet, dass zumindest das Einlegen und das Entnehmen des Heizelements 1 sowie die Verfahrbewegungen der Halteelemente 101, 102 automatisiert erfolgen. Auch die Steuerung der gemeinsamen Rotationsbewegung der beiden Halteelemente 101, 102 und des Betriebs sowie der Schwenkbewegung der Strahldüse 104 kann in vorteilhafter Weise automatisiert erfolgen. Das hier vorgestellte Verfahren kann somit teilautomatisiert oder in besonders vorteilhafter Weise auch vollständig automatisiert durchgeführt werden.The device 100 is preferably designed in such a way that at least the insertion and removal of the heating element 1 and the movements of the holding elements 101, 102 are automated. The control of the joint rotational movement of the two holding elements 101, 102 and the operation as well as the pivoting movement of the jet nozzle 104 can advantageously take place in an automated manner. The procedure presented here can thus be partially automated or, in a particularly advantageous manner, fully automated.

Claims (10)

Verfahren für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung 2 eines elektrischen Heizelements 1, umfassend die Schritte - Bereitstellen des elektrischen Heizelements 1, das mit der katalytischen Beschichtung 2 beschichtet ist, - Positionieren des Heizelements 1 zwischen einem ersten Halteelement 101 und einem zweiten Halteelement 102, so dass eine erste Stirnseite 10 des Heizelements 1 zum ersten Halteelement 101 weist und eine zweite Stirnseite 11 des Heizelements 1 zum zweiten Halteelement 102 weist, und Fixieren des Heizelements 1 mittels der beiden Halteelemente 101, 102, wobei die Halteelemente 101, 102 die beiden Stirnseiten 10, 11 derart abdecken, dass jeweils nur die äußeren, zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 unabgedeckt bleiben, - Rotieren der beiden Halteelemente 101, 102 und des zwischen diesen positionierten Heizelements 1 um eine Rotationsachse 105 und Beaufschlagen der zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 mit einem Entschichtungsmedium, - Stoppen der Beaufschlagung mit dem Entschichtungsmedium und der Rotation des Heizelements 1 und Freigeben des Heizelements 1, wenn die Beschichtung 2 in den zu entschichtenden Bereichen 20, 21, 22 abgetragen wurde.Method for a sectional removal of a catalytic coating 2 of an electric heating element 1, comprising the steps - providing the electric heating element 1 coated with the catalytic coating 2, - Positioning the heating element 1 between a first holding element 101 and a second holding element 102, so that a first end face 10 of the heating element 1 faces the first holding element 101 and a second end face 11 of the heating element 1 faces the second holding element 102, and fixing the heating element 1 by means of the two holding elements 101, 102, the holding elements 101, 102 separating the two end faces 10, 11 in such a way cover that only the outer areas 20, 21, 22 to be decoated remain uncovered, - Rotating the two holding elements 101, 102 and the heating element 1 positioned between them about an axis of rotation 105 and applying a decoating medium to the areas 20, 21, 22 to be decoated, - Stopping the application of the decoating medium and the rotation of the heating element 1 and releasing the heating element 1 when the coating 2 has been removed in the areas 20, 21, 22 to be decoated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente 101, 102 zur Fixierung des Heizelements 1 in Richtung des zwischen diesen positionierten Heizelements 1 bewegt werden und das Heizelement 1 mittenzentriert mittels einer definierten Kraft F fixieren.procedure after claim 1 , characterized in that the holding elements 101, 102 for fixing the heating element 1 are moved in the direction of the heating element 1 positioned between them and fix the heating element 1 in a centered manner by means of a defined force F. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 mittels einer Strahldüse 104 mit dem Entschichtungsmedium beaufschlagt werden.Procedure according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the areas 20, 21, 22 to be decoated are exposed to the decoating medium by means of a jet nozzle 104. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse 104 in einem definierten Schwenkbereich um eine Schwenkachse bewegt wird, die sich orthogonal zur gemeinsamen Rotationsachse 105 der beiden Halteelemente 101, 102 erstreckt.procedure after claim 3 , characterized in that the jet nozzle 104 is moved in a defined pivoting range about a pivot axis which extends orthogonally to the common axis of rotation 105 of the two holding elements 101, 102. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Entschichtungsmedium Trockeneis verwendet wird.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that dry ice is used as the decoating medium. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren teilautomatisiert oder vollautomatisiert ausgeführt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the method is partially automated or fully automated. Vorrichtung 100 für eine abschnittsweise Abtragung einer katalytischen Beschichtung 2 eines elektrischen Heizelements 1, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend - ein erstes Halteelement 101 und ein zweites Halteelement 102, zwischen denen das Heizelement 1 positionierbar ist, wobei die Halteelemente 101, 102 so ausgebildet sind, dass sie das zwischen diesen positionierte Heizelement 1 fixieren und die beiden einander gegenüberliegenden Stirnseiten 10, 11 des Heizelements 1 derart abdecken, dass jeweils nur die äußeren, zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 unabgedeckt bleiben, - eine Antriebsvorrichtung 103, die dazu ausgebildet ist, eine gemeinsame Rotationsbewegung der beiden Halteelemente 101, 102 und des mittels der beiden Halteelemente 101, 102 fixierten Heizelements 1 um eine Rotationsachse 105 anzutreiben, sowie - Mittel zur Beaufschlagung des Heizelements 1 mit einem Entschichtungsmedium.Device 100 for a sectional removal of a catalytic coating 2 of an electric heating element 1, in particular for carrying out a method according to one of Claims 1 until 6 , comprising - a first holding element 101 and a second holding element 102, between which the heating element 1 can be positioned, the holding elements 101, 102 being designed in such a way that they fix the heating element 1 positioned between them and cover the two opposite end faces 10, 11 of the heating element 1 in such a way that only the outer regions 20, 21, 22 to be stripped of the coating remain uncovered, - a drive device 103, which is designed to drive a common rotational movement of the two holding elements 101, 102 and the heating element 1 fixed by means of the two holding elements 101, 102 about an axis of rotation 105, as well as means for loading the heating element 1 with a decoating medium. Vorrichtung 100 nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Beaufschlagung des Heizelements 1 mit einem Entschichtungsmedium dazu ausgebildet sind, die zu entschichtenden Bereiche 20, 21, 22 mit Trockeneis als Entschichtungsmedium zu beaufschlagen.device 100 after claim 7 , characterized in that the means for applying a decoating medium to the heating element 1 are designed to apply dry ice as the decoating medium to the regions 20, 21, 22 to be decoated. Vorrichtung 100 nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Beaufschlagung des Heizelements 1 mit einem Entschichtungsmedium eine Strahldüse 104 umfassen.Device 100 according to one of Claims 7 or 8th , characterized in that the means for applying a decoating medium to the heating element 1 comprise a jet nozzle 104 . Vorrichtung 100 nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse 104 so ausgebildet ist, dass sie in einem definierten Schwenkbereich um eine Schwenkachse bewegbar ist, die sich orthogonal zur gemeinsamen Rotationsachse 105 der beiden Halteelemente 101, 102 erstreckt.device 100 after claim 9 , characterized in that the jet nozzle 104 is designed such that it is movable in a defined pivoting range about a pivot axis which extends orthogonally to the common axis of rotation 105 of the two holding elements 101, 102.
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