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Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugabgasreinigungsvorrichtungen, die mit Heizorganen ausgestattet sind.
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Das Heizorgan kann unter Verwendung von Metallblechen hergestellt werden, die, wie in der
DE102007010758 vorgeschlagen, parallel zueinander gestapelt sind.
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Ein derartiges Heizorgan kanalisiert das Abgas in einem laminaren Fluss. Dadurch wird die Wärmeübertragung von dem Heizorgan zu dem Abgas nicht gefördert.
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Darüber hinaus ist das Heizorgan nicht sehr starr und muss an zahlreichen Stellen am Reiniger befestigt werden. Bei diesen Befestigungspunkten handelt es sich üblicherweise um Stäbe, die starr mit dem Heizelement verbunden sind und in die Kanäle des Reinigungsorgans eingreifen. Das macht die Verwendung eines Keramikreinigers aufgrund seiner Zerbrechlichkeit problematisch und erfordert, dass er stattdessen aus Metall hergestellt wird. Ein derartiger Reiniger ist im Vergleich zu einem Keramikreingier kostenaufwendiger.
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In diesem Kontext zielt die Erfindung darauf ab, eine Reinigungsvorrichtung bereitzustellen, die nicht die oben genannten Mängel aufweist.
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Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Fahrzeugabgasreinigungsvorrichtung, wobei die Reinigungsvorrichtung Folgendes aufweist:
- - eine rohrförmige Hülle mit einer Innenfläche und einer Mittelachse;
- - ein elektrisches Heizorgan, das in der rohrförmigen Hülle untergebracht ist, wobei das Heizorgan ein Heizelement umfasst, das aus einem elektrisch leitenden Material besteht und gegenüber Abgasen durchlässig ist;
- - eine Stromversorgung, die das Heizorgan mit Strom versorgt;
- - eine Befestigung zum Befestigen des Heizelements direkt an der Innenfläche.
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Die Verwendung eines Heizelements aus einem elektrisch leitenden Material, das gegenüber Abgas durchlässig ist, vereinfacht die Wärmeübertragung zwischen dem Heizorgan und dem Abgas. Die Leistung des Heizorgans kann sich verringern, was zu einem geringeren Stromverbrauch führt.
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Das Heizorgan ist direkt an der Innenfläche der rohrförmigen Hülle befestigt. Es ist nicht am Abgasreinigungsorgan befestigt.
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Dadurch ist die Verwendung eines Keramikreinigers möglich, da er nicht länger die Heizorganbefestigungen tragen muss.
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Unter einer direkten Befestigung ist zu verstehen, dass die Befestigung mindestens 60% der Kräfte, denen das Heizelement ausgesetzt ist, üblicherweise mindestens 90% der Kräfte direkt an die Innenfläche überträgt. Wenn die Stromversorgung eine oder mehrere Leiterstäbe aufweist, die für den Kontakt mit dem Heizelement durch die rohrförmige Hülle verlaufen, wird somit nur ein kleiner Teil der Kräfte, denen das Heizelement ausgesetzt ist, von den Leiterstäben aufgenommen. Die Abdichtung zwischen dem Stab und der rohrförmigen Hülle wird nur mäßig beansprucht. Ihre Lebensdauer wird erhöht.
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Die Reinigungsvorrichtung kann ferner eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder in jeder technisch möglichen Kombination herangezogen werden:
- - das Heizelement besteht aus einem Schaum, wobei das Heizelement einen Mittelabschnitt aufweist, in dem der Schaum eine erste Dichte hat, und mindestens einen verstärkten Randbereich, in dem der Schaum eine zweite Dichte hat, die höher ist als die erste, wobei die Befestigung den bzw. jeden verstärkten Randbereich an der Innenfläche befestigt;
- - die Befestigung weist mindestens eine Stützplatte auf, die sich längs einer Umrandung des Heizorgans erstreckt und starr mit dem bzw. mit einem verstärkten Randbereich des Heizorgans verbunden ist;
- - die Befestigung weist mehrere Stifte auf, die die bzw. jede Stützplatte starr an der Innenfläche sichern;
- - die Befestigung umfasst eine Schicht aus elektrisch isolierendem Material, die zwischen dem Heizelement und der Innenfläche liegt, wobei die Schicht aus elektrisch isolierendem Material vorteilhaft einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der zwischen einer Umrandung des Heizelements und der Innenfläche liegt;
- - die Schicht aus elektrisch isolierendem Material umfasst mindestens einen ringförmigen Abschnitt, der axial zwischen einer Hauptfläche des Heizelements und der Innenfläche liegt;
- - die Befestigung umfasst einen Umfangsrahmen, der das Heizelement umgibt und an der rohrförmigen Hülle befestigt ist, wobei die Schicht aus elektrisch isolierendem Material direkt zwischen dem Rahmen und dem Heizelement liegt;
- - der Umfangsrahmen ist in zwei Halbrahmen unterteilt, die axial auf der einen und auf der anderen Seite des Heizelements angeordnet sind, wobei jeder Halbrahmen einen Umfangsrand aufweist, der zwischen der Umrandung des Heizelements und der Innenfläche liegt, wobei die beiden Umfangsränder axial miteinander verriegelt sind;
- - die Befestigung umfasst mindestens ein Befestigungsorgan, das in einem Abstand zu einem Außenrand des Heizelements starr am Heizorgan befestigt ist, wobei das bzw. jedes Befestigungsorgan axial vorstehende Enden auf der einen und auf der anderen Seite des Heizelements aufweist, wobei der Umfangsrahmen Arme umfasst, die starr an den Enden des bzw. jedes Befestigungsorgans befestigt sind;
- - die rohrförmige Hülle weist Schweißlöcher am Umfangsrahmen und Schweißstellen auf, die den Umfangsrahmen über die Schweißlöcher starr mit der rohrförmigen Hülle verbinden;
- - der Umfangsrahmen ist Teil der rohrförmigen Hülle ist;
- - die Schicht aus elektrisch isolierendem Material umfasst zwei Unterschichten, die übereinandergestapelt sind;
- - die Befestigung umfasst ein Stützgitter, das sich in einer zur Mittelachse im Wesentlichen senkrechten Ebene erstreckt, und Befestigungsorgane zur Befestigung des Gitters an der Innenfläche, wobei das Gitter eine große Gitterfläche aufweist, an der das Heizelement über elektrisch isolierte Stäbe starr befestigt ist;
- - das Heizelement weist mehrere durchgehende Schlitze auf, wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens eine Maske aufweist, die gegenüber einer großen Fläche des Heizelements angeordnet ist und massive Bereiche aufweist, die den Schlitzen axial gegenüberliegen;
- - das Heizelement weist einen ersten und einen zweiten Bereich auf, die mit einem ersten und einem zweiten Anschluss der Stromversorgung verbunden sind, wobei das Heizelement durchgehende Schlitze aufweist, die einen einzelnen S-förmigen Pfad durch das Heizelement für elektrischen Strom zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich definieren;
- - der erste und der zweite Bereich liegen an einem Außenrand des Heizelements und sind in Bezug auf eine geometrische Mitte des Heizelements symmetrisch zueinander;
- - die Schlitze verlaufen alle parallel zueinander;
- - das Heizelement weist mindestens einen durchgehenden Schlitz auf, der bezogen auf die Achse C um 5 bis 30° geneigt ist.
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Die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Reinigungsvorrichtung mit den obigen Merkmalen, wobei das Verfahren einen Schritt zur Befestigung des Umfangsrahmens an der rohrförmigen Hülle mittels Schweißen durch Schweißlöcher umfasst, die in der rohrförmigen Hülle am Umfangsrahmen vorgesehen sind.
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Die Erfindung gemäß einem dritten Aspekt betrifft eine Abgasleitung mit einer Reinigungsvorrichtung mit den obigen Merkmalen.
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Die Erfindung gemäß einem vierten Aspekt betrifft ein Fahrzeug mit einer Abgasleitung mit den obigen Merkmalen.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der ausführlichen Beschreibung, die nachfolgend beispielhaft und keineswegs einschränkend mit Bezug auf die beigefügten Figuren gegeben sind. Darin zeigen:
- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Abgasleitung mit einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung;
- 2 eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform der Reinigungsvorrichtung von 1;
- 3 und 4 perspektivische Ansichten von Ausführungsvarianten der elektrisch isolierenden Materialschicht der Vorrichtung von 1;
- 5 eine Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung;
- 6 eine 5 ähnliche Ansicht, die Varianten der zweiten Ausführungsform zeigt;
- 7 eine perspektivische Ansicht, die eine Variante der ersten Ausführungsform zeigt;
- 8 eine perspektivische Ansicht, die die Ausführungsvariante von 7 veranschaulicht und ferner eine Verbesserung dieser Variante zeigt;
- 9 eine perspektivische Explosionsansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung;
- 10 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Ausschnitts von 9, die die Befestigung des Heizelements am Stützgitter zeigt;
- 11 eine perspektivische Ansicht, die die Ausführungsvariante von 7 veranschaulicht und ferner eine zweite Verbesserung dieser Variante zeigt; und
- 12 eine Draufsicht einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Heizelements, das bei allen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann.
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Die in 1 schematisch gezeigte Reinigungsvorrichtung 1 ist zur Reinigung des Abgases eines Fahrzeugs, üblicherweise des Abgases eines Autos oder eines Lastwagens vorgesehen.
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Sie wird in die Fahrzeugabgasleitung 3 eingesetzt. Sie umfasst einen Abgaskrümmer 5, der die Abgase sammelt, die aus den Verbrennungskammern des Fahrzeugverbrennungsmotors 7 austreten.
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Die Reinigungsvorrichtung 1 steht über eine stromaufwärtige Leitung 9, an der andere Ausstattung wie ein Turbolader üblicherweise zwischengeschaltet ist, mit dem Krümmer 5 in Strömungsverbindung.
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Stromabwärts steht die Reinigungsvorrichtung 1 über eine stromabwärtige Leitung 11 mit einer Düse 13 in Strömungsverbindung. Weitere Ausstattung, wie etwa ein Schalldämpfer oder andere Reinigungsausstattungen, sind zwischen der Reinigungsvorrichtung 1 und der Düse 13 angeordnet. Das gereinigte Abgas wird über die Düse 13 an die Atmosphäre abgegeben.
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Die Reinigungsvorrichtung 1 umfasst eine rohrförmige Hülle 15 mit einer Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 und mit einer Mittelachse C, ein elektrisches Heizorgan 19, das in der rohrförmigen Hülle 15 untergebracht ist, und eine Stromversorgung 21, die das Heizorgan 19 elektrisch speist.
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Die rohrförmige Hülle 15 weist einen Einlass 23 und einen Auslass 25 für Abgase auf, die mit der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Leitung 9 bzw. 11 verbunden sind.
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Die rohrförmige Hülle 15 hat jede geeignete Form.
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Die Reinigungsvorrichtung 1 weist ferner ein Abgasreinigungsorgan 17 auf, das in der rohrförmigen Hülle 15 untergebracht ist.
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Bei dem Reinigungsorgan 17 handelt es sich z.B. um einen SCR-Katalysator, einen Dreiwegekatalysator, einen Oxidationskatalysator oder eine NOx-Falle.
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Wie in 1 zu sehen ist, ist zwischen dem Reinigungsorgan 17 und der rohrförmigen Hülle 15 ein Halteblech 27 angeordnet.
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Üblicherweise sind ein oder mehrere Reinigungsorgane in der rohrförmigen Hülle 15 angeordnet.
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Das Heizorgan 19 ist vorteilhafterweise gegenüber und nahe der Einlassseite 29 des Reinigungsorgans 17 angeordnet. Alternativ ist das Heizorgan 19 gegenüber und nahe der Auslassfläche 31 des Reinigers 17, d.h. stromabwärts davon angeordnet. Die Einlassfläche 29 und die Auslassfläche 31 sind die Flächen, über die das Abgas in das Reinigungsorgan 17 eintritt und aus diesem austritt.
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Alternativ ist das Heizorgan 19 in einem Abstand stromaufwärts des Reinigungsorgans 17 angeordnet.
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Wie in 2 gezeigt, umfasst das Heizorgan 19 ein Heizelement 33 aus einem elektrisch leitenden Material, das gegenüber dem Abgas durchlässig ist.
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In einer Ausführungsform kann das Heizelement 33 im Wesentlichen flach und dünn sein. Vorteilhafterweise kann das Heizelement 33 in Form einer Platte vorliegen. „Dünn“ bedeutet, dass die Dicke zwischen 0,3 mm und 30 mm beträgt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform, bei der das Heizelement 33 ein Gitter ist, kann die Dicke zwischen 0,3 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 mm betragen. Gemäß einer zweiten Ausführungsform, in der das Heizelement ein Schaum oder ein Wabenkörper ist, beträgt die Dicke von 5 mm bis 30 mm, vorzugsweise zwischen 10 mm und 20 mm.
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Das Heizelement 33 erstreckt sich üblicherweise in einer zur Mittelachse C im Wesentlichen senkrechten Ebene.
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Das Heizelement 33 erwärmt sich üblicherweise durch Joule-Effekt.
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Es umfasst ein Netz aus Abgasdurchgängen, die eine turbulente Abgasströmung durch das Heizelement 33 erzeugen.
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Das Material, aus dem das Heizelement 33 besteht, ist üblicherweise ein Metall, z.B. ein rostfreier Stahl oder eine Metalllegierung oder eine Keramik. Dieses Material ist z.B. eine Eisenlegierung, wie etwa FeCrAl. Alternativ handelt es sich bei dem Material um eine Nickel- oder Kupferlegierung, z.B. NiCr. In einer anderen Ausführungsform ist das Material eine Keramik aus Siliziumkarbid SiC.
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Das Heizelement 33 ist üblicherweise ein Schaum mit offenen Poren, die willkürlich oder gleichmäßig ausgerichtet sind.
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Alternativ ist das Heizelement 33 ein Drahtgeflecht oder ein Gitter oder ein wabenartiges Material.
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Die Porendichte beträgt üblicherweise zwischen 5 ppi (Poren pro Zoll) und 40 ppi. Das Material hat üblicherweise eine abgewickelte Fläche, die zwischen 500 und 5000 m2/m3, vorzugsweise zwischen 1000 und 3000 m2/m3 und weiter vorzugsweise zwischen 1500 und 2500 m2/m3 beträgt.
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Das Heizelement 33 ist vorteilhafterweise mit mindestens einer Beschichtung mit katalytischer Funktion beschichtet, um zur Nachbehandlung des Abgases beizutragen. Diese Beschichtung ist für die Oxidation und/oder Reduktion von schädlichen Verbindungen im Abgas vorgesehen. Sie kann z.B. vom gleichen Typ sein wie diejenigen, die bei einem TWC (engl. für Three-Way Catalyst, Dreiwegekatalysator), DOC (engl. für Diesel Oxidation Catalysis, Diesel-Oxidationskatalyse), PNA (engl. für Passive NOx Absorber, passiver NOx-Speicher), LNT (engl. für Lean NOX Trap, NOx-Speicherkatalysator), SCR (engl. für Selective Catalytic Reduction, selektive katalytische Reduktion) oder für die Hydrolyse eines für die Reduktion von Stickoxiden verwendeten Reduktionsmittels verwendet werden.
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Alternativ oder zusätzlich soll diese Beschichtung die Oberflächenrauigkeit des Materials im Hinblick auf eine Verbesserung der Turbulenz und somit des Wärmeaustauschs erhöhen.
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Aufgrund seiner Porosität kann das Heizelement 33 auch als Partikelfilter wirken. Das Heizelement 33 wird bei jeder Erwärmung regeneriert, wobei die gespeicherten Rußpartikel beseitigt werden.
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Das Heizelement 33 ist vorteilhafterweise einstückig ausgebildet. Es besteht insgesamt aus einem Stück, das aus demselben Material hergestellt ist.
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Das Heizelement 33 wird üblicherweise durch Stanzen eines einzelnen Stücks des elektrisch leitenden Materials aus einer Platte erhalten.
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Alternativ wird das Heizelement 33 durch Gießen, Extrudieren, Sintern, additive Fertigung (3D-Druck), usw. erhalten.
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Das Heizelement 33 hat eine Dicke, die zwischen 2 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 30 mm und weiter vorzugsweise zwischen 10 und 20 mm beträgt.
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Mit anderen Worten, das Heizelement 33 hat die Form eines Plättchens aus elektrisch leitendem Material, das direkt in die erforderliche Form gestanzt wird.
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Erfindungsgemäß weist die Reinigungsvorrichtung 1 eine Befestigung 35 zum direkten Befestigen des Heizelements 33 an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 auf.
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Die Befestigung 35 überträgt mindestens 60% der Kräfte, denen das Heizelement 33 ausgesetzt ist, vorzugsweise mindestens 80% der Kräfte und weiter vorzugsweise mindestens 90% der Kräfte direkt zur Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15.
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Mit anderen Worten, die Befestigung 35 greift direkt an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 an, so dass das Heizelement 33 in Position verriegelt wird.
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Sie überträgt an die Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 die verschiedenen Kräfte, denen das Heizelement ausgesetzt ist: Kräfte, die sich aus der Fahrzeugbeschleunigung ergeben, Reaktionen auf die Straße, Kräfte, die von dem Abgas aufgebracht werden, usw.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in 2 veranschaulicht ist, umfasst die Befestigung eine Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material, die zwischen dem Heizelement 33 und der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 liegt. Diese Schicht hält das Heizelement innerhalb der Innenfläche der rohrförmigen Hülle.
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Bei dem Material handelt es sich z.B. um ein faserartiges feuerfestes Material (wie etwa Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, usw.) oder um ein geschichtetes feuerfestes Material (wie etwa vom Typ Glimmer, usw.).
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Die Schicht 37 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 39, der radial zwischen einer Umrandung 49 des Heizelements 33 und der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 liegt. Der zylindrische Abschnitt 39 wird zwischen der Umrandung 49 und der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 komprimiert. Der von dem zylindrischen Abschnitt 39 der elektrisch isolierenden Schicht auf das Heizelement 33 ausgeübte radiale Druck unterstützt dessen Verriegelung in seiner Position.
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Er erstreckt sich vorzugsweise um den gesamten Umfang des Heizelements 33 und axial längs der gesamten Länge der Platte.
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Die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material umfasst mindestens einen ringförmigen Abschnitt 41, der axial zwischen einer großen Fläche des Heizelements 33 und der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 liegt.
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Die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material umfasst üblicherweise zwei ringförmige Abschnitte 41, die axial zwischen den beiden großen Flächen 43, 45 des Heizelements 33 und der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 liegen.
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Der oder jeder ringförmige Abschnitt 41 erstreckt sich längs des Umfangsrands der entsprechenden großen Fläche 43, 45. Er bedeckt einen kleinen Teil des Radius des Heizelements 33, üblicherweise weniger als 20% des Radius, vorzugsweise weniger als 10% des Radius.
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Bei dem in 2 gezeigten Beispiel umfasst die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material zwei Halbschichten 47, die jeweils in einer Ebene, die die Mittelachse C enthält, einen L-förmigen Querschnitt haben.
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Jede Halbschicht 47 ist einstückig und umfasst einen der beiden ringförmigen Abschnitte 41 und die Hälfte des zylindrischen Abschnitts 39.
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Bei dem in 3 gezeigten Beispiel umfasst die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material drei voneinander unabhängige Elemente: die beiden ringförmigen Abschnitte 41 und den zylindrischen Abschnitt 39.
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Bei dem in 4 gezeigten Beispiel umfasst die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material zwei voneinander unabhängige Elemente: ein erstes einstückiges Element mit einem der beiden ringförmigen Abschnitte 41 und dem zylindrischen Abschnitt 39 und ein zweites Element mit dem anderen der beiden ringförmigen Abschnitte 41.
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Die rohrförmige Hülle 15 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 51 gegenüber der Umrandung 49, an dem der zylindrische Abschnitt 39 der elektrisch isolierenden Schicht 37 anliegt.
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Die rohrförmige Hülle 15 umfasst auch für den bzw. jeden ringförmigen Abschnitt 41 einen Absatz 53, der an den zylindrischen Abschnitt 51 angrenzt.
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Der bzw. jeder Absatz 53 erstreckt sich in einer zur Mittelachse C senkrechten Ebene. Der bzw. jeder ringförmige Abschnitt 41 liegt am entsprechenden Absatz 53 an.
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Um die Anbringung der Befestigung 35 zu ermöglichen, weist die rohrförmige Hülle 15 vorteilhafterweise ein erstes und ein zweites rohrförmiges Teilstück 55, 57.
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Das erste und zweite rohrförmige Teilstück 55, 57 sind unabhängige Teile, die nicht einstückig miteinander ausgebildet und aneinander befestigt sind.
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Das erste rohrförmige Teilstück 55 definiert einen der beiden Absätze 53 und ein zylindrisches Teilstück 59. Das zweite rohrförmige Teilstück 57 definiert den anderen Absatz 53 und ein weiteres zylindrisches Teilstück 61. Das zylindrische Teilstück 59 hat einen Außenquerschnitt, der dem Innenquerschnitt des anderen zylindrischen Teilstücks entspricht. Es ist streng in das andere zylindrische Teilstück 61 eingesetzt.
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Das erste und zweite rohrförmige Teilstück 55, 57 sind über jedes geeignete Mittel wie Umfangsschweißung, Nasen, usw. starr miteinander verbunden.
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Das erste rohrförmige Teilstück 55 weist z.B. einen Kegel 63 zur Verbindung mit der stromaufwärtigen Leitung 9 auf, der den Einlass 23 begrenzt.
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Das zweite rohrförmige Teilstück 57 weist z.B. eine rohrförmige Verlängerung 65 auf, in der das Reinigungsorgan 17 aufgenommen ist.
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Die zylindrischen Teilstücke 59 und 61 definieren gemeinsam den zylindrischen Abschnitt 51, an dem der zylindrische Abschnitt 39 der elektrisch isolierenden Schicht anliegt.
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Das Heizelement 63 weist zwei Vorsprünge 67, 69 auf, die elektrisch mit den beiden Anschlüssen 71, 73 der Stromversorgung 21 verbunden sind.
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Die Vorsprünge 67, 69 sind einstückig mit dem übrigen Heizelement 33 ausgebildet.
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Die Vorsprünge 67, 69 stehen über Löcher 75, 77 in der rohrförmigen Hülle 15 von der rohrförmigen Hülle 15 hervor.
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Eine Abdeckung 79 aus einem elektrisch leitenden Metall bedeckt den vorstehenden Teil des Vorsprungs 67. Sie ist über jegliches geeignete Mittel, das den Durchgang von elektrischem Strom gestattet, z.B. durch Löten oder Schweißen, am Vorsprung 67 befestigt. Sie trägt einen Stab 81 für die Verbindung mit einem Leiter, der mit dem Anschluss 71 der Stromversorgung 21 elektrisch verbunden ist.
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Eine Erhebung 83 ist starr an der Außenfläche der rohrförmigen Hülle 15 befestigt. Sie umgibt die Abdeckung 79. Eine Schicht 85 einer elektrischen Isolierung liegt zwischen der Abdeckung 79 und der Erhebung 83.
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Eine weitere Abdeckung 87 aus einem elektrisch leitenden Metall bedeckt den vorstehenden Teil des Vorsprungs 69. Sie ist über jegliches geeignete Mittel, das den Durchgang von elektrischem Strom ermöglicht, z.B. durch Löten oder Schweißen, am Vorsprung 69 befestigt. Sie ist auch über jegliches geeignete Mittel, das den Durchgang von elektrischem Strom ermöglicht, z.B. durch Löten oder Schweißen, starr an der Außenfläche der rohrförmigen Hülle 15 befestigt.
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Die rohrförmige Hülle 15 ist in diesem Fall der zweite Anschluss 73 der Stromversorgung 21.
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der 5 und 6 beschrieben. Lediglich die Punkte, in denen sich diese zweite Ausführungsform von der ersten unterscheidet, werden nachfolgend beschrieben. Elemente, die in beiden Ausführungsformen identisch sind oder die gleichen Funktionen erfüllen, werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In der zweiten Ausführungsform handelt es sich bei dem Heizelement 33 um einen Schaum.
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Das Heizelement 33 weist einen Mittelabschnitt 89 auf, in dem der Schaum eine erste Dichte hat, und mindestens einen verstärkten Randbereich 91, in dem der Schaum eine zweite Dichte hat, die höher ist als die erste.
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Der Mittelteil 89 hat eine maximale relative Dichte von 20%, vorzugsweise zwischen 5 und 10%, und der verstärkte Randbereich hat eine minimale relative Dichte von 40%, vorzugsweise von mehr als 50%.
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Der verstärkte Randbereich 91 bildet vorteilhafterweise eine äquipotentiale Verbindung zwischen den Schenkeln des Heizelements 33, wenn dieses wie in 5 gezeigt spiralartig ist und aus mehreren Schenkeln besteht.
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Die Befestigung 35 sichert den bzw. jeden verstärkten Randbereich 91 an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15.
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Kräfte werden somit durch die Befestigung 35 von dem bzw. jeden verstärkten Randbereich 91 übertragen, der starrer ist als der Mittelteil 89 des Heizelements 33.
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Das Heizelement 33 weist z.B. zwei verstärkte Randbereiche 91 auf (5). Jeder verstärkte Randbereich 91 ist durchgehend und erstreckt sich auf einem Anteil von 25% bis 50% des Plattenumfangs. Die beiden verstärkten Randbereiche 91 sind in Bezug auf die geometrische Mitte des Heizelements 33 symmetrisch zueinander.
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Die Befestigung 35 umfasst in diesem Fall mindestens eine Stützplatte 93, 95, die sich längs der Umrandung 49 des Heizelements 33 erstreckt und starr an dem bzw. an einem verstärkten Randbereich 91 des Heizelements 33 befestigt ist.
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Die Befestigung 35 umfasst ferner mehrere Stifte 97, die die bzw. jede Stützplatte 93, 95 starr an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 sichern.
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Bei dem in 5 gezeigten Beispiel umfasst die Befestigung 35 zwei Stützplatten 93, 95, die sich längs der Umrandung 49 des Heizelements 33 erstrecken und jeweils starr an einem der verstärkten Randbereiche 91 befestigt sind.
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Die Stützplatte 93 besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Sie ist mit dem ersten Anschluss 71 der Stromversorgung 21 elektrisch verbunden.
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In einer Querschnittansicht senkrecht zur Mittelachse C liegt die Stützplatte 93 zwischen dem Heizelement 33 und der rohrförmigen Hülle 15. Sie passt sich an die Form des Außenrands des Heizelements 33 an. Wenn das Heizelement 33 kreisförmig ist, hat somit die Stützplatte 93 eine Kreisform.
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Die Stifte 97 sind elektrisch isolierend. Sie haben einen Sandwichaufbau und weisen jeweils z.B. zwei Metallschichten 98 auf, die starr an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 bzw. an der Stützplatte 33 befestigt und durch eine elektrisch isolierende Schicht 99 voneinander getrennt sind.
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Ein Verbinder 101 verläuft über eine Öffnung in der rohrförmigen Hülle 15 durch die rohrförmige Hülle 15. Mit einem nicht gezeigten Ring wird der Verbinder 101 gegenüber der rohrförmigen Hülle 15 elektrisch isoliert. Der Verbinder 101 stellt die elektrische Verbindung von der Stützplatte 93 zum ersten Anschluss 71 der Stromversorgung 21 bereit.
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Die Stützplatte 95 besteht auch aus einem elektrisch leitenden Material. Sie ist mit der rohrförmigen Hülle 15 elektrisch verbunden, die den Erdschluss für die Stromversorgung 21 darstellt.
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In einer Querschnittansicht senkrecht zur Mittelachse C liegt die Stützplatte 95 zwischen dem Heizelement 33 und der rohrförmigen Hülle 15. Sie passt sich an die Form des Außenrands des Heizelements 33 an. Wenn das Heizelement 33 kreisförmig ist, hat somit die Stützplatte 93 eine Kreisform.
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Die Befestigungsstifte 95 der Stützplatte 95 sind elektrisch leitend. Sie sind auf der einen Seite starr an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 und auf der anderen Seite starr an der Stützplatte 95 befestigt.
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Jede Stützplatte 93, 95 erstreckt sich im Wesentlichen längs des gesamten entsprechenden verstärkten Randbereichs 91. Sie ist über ihre gesamte Fläche am verstärkten Randbereich 91 befestigt.
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In einer in 6 gezeigten Ausführungsvariante verläuft ein Verbinder 103 über eine Öffnung in der rohrförmigen Hülle 15 durch diese rohrförmige Hülle 15. Mit einem nicht gezeigten Ring wird der Verbinder 103 gegenüber der rohrförmigen Hülle 15 elektrisch isoliert. Der Verbinder 103 stellt die elektrische Verbindung von der Stützplatte 95 zu dem zweiten Anschluss 73 der Stromversorgung 21 bereit. Die Stützplatte 95 ist nicht elektrisch mit der rohrförmigen Hülle 15 verbunden.
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Die Stifte 97, die die Stützplatte 95 an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 sichern, sind elektrisch isolierend. Sie haben den oben beschriebenen Sandwichaufbau.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, die in 6 gezeigt ist, weist das Heizelement 33 mehrere verstärkte Randbereiche 91 auf, die sich jeweils über einen kleinen Teil von beispielsweise 2% bis 15% des Plattenumfangs erstrecken. Das Heizelement 33 weist z.B. mindestens vier verstärkte Randbereiche 91 auf. Die verstärkten Randbereiche 91 sind voneinander beabstandet und z.B. gleichmäßig um das Heizelement 33 herum verteilt.
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In diesem Fall ist wie in 6 gezeigt jede Stützplatte 93, 95 starr an mindestens zwei verstärkten Randbereichen 91 befestigt.
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In einer weiteren Variante, die nicht gezeigt ist, weist das Heizelement 33 einen einzigen verstärkten Randbereich auf, der sich im Wesentlichen um 100% des Umfangs des Heizelements erstreckt.
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In einer weiteren Ausführungsvariante werden die Stützplatten 93, 95 zur Befestigung eines Heizelements verwendet, das kein Schaum, jedoch von einem beliebigen anderen Typ ist: Gitter, Wabenkörper, usw.
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Es wird nun eine Variante der ersten Ausführungsform der Erfindung anhand der 7 und 8 beschrieben. Lediglich die Punkte, in denen sich diese Variante von denjenigen der 2 bis 4 unterscheidet, werden nachfolgend ausführlich beschrieben. Elemente, die in beiden Varianten identisch sind oder dieselben Funktionen erfüllen, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Die Befestigung 35 umfasst einen Umfangsrahmen 105, der das Heizelement 33 umgibt und an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 befestigt ist. Die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material liegt direkt zwischen dem Rahmen 105 und dem Heizelement 33.
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Der Rahmen 105 umgibt das Heizelement 33 vollständig. Er liegt radial zwischen dem Heizelement 33 und der rohrförmigen Hülle 15. Seine Form entspricht der Form des Außenrands des Heizelements 33.
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In einer Querschnittansicht in einer Ebene, die die Mittelachse C enthält, ist der Rahmen 105 U-förmig und zum Heizelement 33 offen. Er definiert somit eine ringförmige Nut, in der die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material aufgenommen ist.
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Der Rahmen 105 weist somit einen zylindrischen Boden 107 auf, der an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 anliegt, und zwei ringförmige Flügel 109, die mit dem Boden 107 einstückig ausgebildet sind. Die Flügel 109 erstrecken sich in entsprechenden Ebenen senkrecht zur Mittelachse C. Sie erstrecken sich auf der einen und auf der anderen Seite der großen Flächen 43, 45 des Heizelements 33 gegenüber dem Außenrand des Heizelements.
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Der zylindrische Abschnitt 39 der elektrisch isolierenden Schicht 37 liegt am Boden 107 an.
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Die ringförmigen Abschnitte 41 der elektrisch isolierenden Schicht 37 liegen jeweils an einem der Flügel 109 an.
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Für eine einfache Montage ist der Umfangsrahmen 105 vorteilhafterweise in zwei Halbrahmen 111 unterteilt, die axial auf der einen und auf der anderen Seite des Heizelements 33 angeordnet sind.
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Jeder Halbrahmen 111 weist einen Umfangsrand 113 auf, der zwischen der Umrandung 49 des Heizelements 33 und der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 liegt.
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Die beiden Umfangsränder 113 sind axial miteinander verriegelt. Sie sind über jegliches geeignete Mittel wie Umfangsschweißung, Nasen, usw. starr aneinander befestigt.
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Die beiden Umfangsränder 113 definieren gemeinsam den Boden 107 des Rahmens.
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Jeder Halbrahmen 111 umfasst zusätzlich zu dem Umfangsrand 113 einen der beiden Flügel 109.
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Die beiden Halbrahmen 111 sind unabhängige Teile, die nicht einstückig miteinander ausgebildet sind und aneinander befestigt sind.
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Vorteilhafterweise weist die Befestigung 35 mindestens ein Befestigungsorgan 115 auf, das in einem Abstand zu einem Außenrand 117 des Heizelements 33 starr am Heizelement 33 befestigt ist (8).
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In 8 wurde nur ein Befestigungsorgan 115 gezeigt. Alternativ umfasst die Befestigung 35 mehrere Befestigungsorgane 115, die über die gesamte Fläche des Heizelements 33 verteilt sind.
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Das bzw. jedes Befestigungsorgan 115 weist Enden 119 auf, die axial auf der einen und auf der anderen Seite des Heizelements 33 vorstehen.
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Der Umfangsrahmen 105 umfasst Arme 121, die starr an den Enden 119 des bzw. jedes Befestigungsorgans 115 befestigt sind.
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Dadurch wird das Heizelement 33 versteift.
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Die Arme 121 erstrecken sich üblicherweise ausgehend von den Flügeln 109 aus und sind einstückig mit den Flügeln 109 ausgebildet.
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Im gezeigten Beispiel umfasst die Befestigung 35 ein einziges Befestigungsorgan 115, das in der geometrischen Mitte des Heizelements 33 befestigt ist. Der Umfangsrahmen weist vier Arme 121 auf, die jeder großen Fläche 43, 45 gegenüberliegen und zwischen denen ein 90°-Winkel gebildet wird.
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Einer der Halbrahmen 111 ist wie oben beschrieben. Der andere Halbrahmen 111 weist einen aufrechten Umfangsrand 122 auf, der sich axial vom Flügel 109 weg von dem Heizelement 33 erstreckt.
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Die Befestigungsorgane 115 sind von jeder geeigneten Art. Es handelt sich z.B. um langgestreckte Befestigungsorgane, wie Schrauben oder Zugstangen.
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Gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform umfasst die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material zwei aufeinander gestapelte Unterschichten.
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Die erste Unterschicht, die in Kontakt mit dem Heizelement 33 steht, ist beispielsweise eine Keramikschicht, die auf das Heizelement 33 aufgeformt ist.
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Die zweite Unterschicht ist zwischen der ersten Unterschicht und dem Rahmen 105 oder zwischen der ersten Unterschicht und der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 angeordnet.
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Bei der zweiten Unterschicht handelt es sich beispielsweise um ein vorgeformtes Faservlies von der Art des Faservlieses 27, das das Reinigungsorgan 17 in der rohrförmigen Hülle 15 in Position hält. Ein derartiges Vlies ist als „Canning“ bekannt.
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Alternativ dazu kann die zweite Unterschicht aus einem geflochtenen elektrischen Isoliermaterial bestehen.
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In einer anderen Ausführungsform ist die zweite Unterschicht ein Faserseil oder -mantel.
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In einer anderen Ausführungsform besteht die zweite Unterschicht aus Glimmer und ist vorgeformt.
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Vorteilhafterweise ist in den durchgehenden Schlitzen 135 des Heizelements eine Schicht einer elektrischen Isolierung angeordnet, um den elektrischen Strom zu leiten.
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Ein solcher Aufbau ermöglicht eine elektrische Isolierung und eine hochwirksame Befestigung. Er erhöht die auf das Heizelement ausgeübte Kraft und dämpft so Schwingungen und Ausdehnungen des Heizelements. Er erhöht die Kompaktheit des Heizsystems.
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In einer weiteren Ausführungsform der ersten Ausführungsform weist die rohrförmige Hülle 15 Schweißlöcher im Umfangsrahmen 105 und Schweißstellen auf, die den Umfangsrahmen 105 über die Schweißlöcher mit der rohrförmigen Hülle verbinden.
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Der Umfangsrahmen 105 weist zu diesem Zweck vorteilhafterweise Laschen P auf, die in 8 zu sehen sind. Die Laschen P werden vor den Schweißlöchern gegen die Innenfläche 16 gedrückt. Sie ragen axial von dem hochstehenden Umfangsrand 122 ab.
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Diese Löcher ermöglichen es, den Umfangsrahmen 105 ausgehend von der Außenseite der rohrförmigen Hülle mit dieser zu verschweißen. Dadurch gibt es keine Spritzer von geschmolzenem Metall im Inneren der rohrförmigen Hülle. Darüber hinaus wird die Wärmeaustauschfläche zwischen dem Heizelement und dem Gas vergrößert.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Befestigung des Umfangsrahmens 105 an der rohrförmigen Hülle 15 durch Schweißen durch Schweißlöcher in der rohrförmigen Hülle 15 am Umfangsrahmen 105.
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In einer weiteren Ausführungsform der ersten Ausführungsform ist der Umfangsrahmen 105 Teil der rohrförmigen Hülle 15.
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In diesem Fall ist die Schicht 37 aus elektrisch isolierendem Material vorgeformt und im Umfangsrahmen 105 vorinstalliert.
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Der Umfangsrahmen 105 ist in diesem Fall üblicherweise ein Ring mit radialem U-förmigem Querschnitt. Die Schicht 37 ist am Boden des U vorinstalliert.
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Der Boden des U bildet einen Teil der Außenfläche der rohrförmigen Hülle. Die Schenkel des U ragen von der rohrförmigen Hülle 15 nach innen.
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Gemäß dieser Variante umfasst die rohrförmige Hülle 15 vorteilhafterweise mehrere unabhängige rohrförmige Teilstücke, wobei der Umfangsrahmen 105 zwischen zwei Teilstücken eingefügt ist. Die rohrförmigen Teilstücke sind axial auf der einen und auf der anderen Seite des Umfangsrahmens 105 angebracht und befestigt. Eines der Teilstücke entspricht z.B. dem Einlasskonus der rohrförmigen Hülle 15, das andere dem zylindrischen Ring, in dem das Reinigungsorgan 17 untergebracht ist.
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Der Umfangsrahmen 105 ist zur Vereinfachung der Montage um das Heizelement 33 vorteilhafterweise in mehrere Winkelsektoren, z.B. zwei Halbkreise, unterteilt, die aneinander befestigt sind.
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Vorteilhafterweise weist der Umfangsrahmen 105 mindestens eine Befestigungsöffnung für eine elektrische Versorgungselektrode auf, die mit dem Heizelement 33 elektrisch verbunden ist.
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Diese Variante hat den Vorteil, dass sie hinsichtlich Dicke und Durchmesser sehr kompakt ist. Das Gewicht der Reinigungsvorrichtung wird reduziert. Sie erleichtert den Einbau des Heizelements und die Aufnahme der Reinigungsvorrichtung in die Abgasleitung.
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Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezug auf die 9 und 10 beschrieben. Im Folgenden nur die Punkte ausführlich beschrieben, in denen sich diese dritte Ausführungsform von der ersten unterscheidet. Elemente, die in beiden Ausführungsformen identisch sind oder dieselben Funktionen erfüllen, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Die Befestigung 35 umfasst ein Stützgitter 123, das sich in einer zur Mittelachse C im Wesentlichen senkrechten Ebene erstreckt, und Befestigungsorgane 125 zur Befestigung des Gitters 123 an der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15.
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Das Gitter 123 hat eine große Gitterfläche 126, an der das Heizelement 33 starr befestigt ist.
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Das Stützgitter 123 erstreckt sich im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt der rohrförmigen Hülle 15. Es hat eine hohe Abgasdurchlässigkeit. Es ist aus Metall oder Keramik gefertigt.
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Das Heizelement 33 wird nicht gegen das Stützgitter 123 gedrückt. Es verbleibt ein Spalt zwischen dem Heizelement und dem Stützgitter 123.
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Bei den Befestigungsorganen 125 handelt es sich z.B. um Laschen, die mit dem Stützgitter einstückig ausgebildet und gegen die Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 gebogen sind. Sie sind üblicherweise mit der Innenfläche 16 der rohrförmigen Hülle 15 verschweißt.
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Das Heizelement 33 ist z.B. mit Stäben 127 starr am Stützgitter 123 befestigt. Jeder Stab 127 ist an einem Ende starr mit dem Heizelement 33 verbunden. An seinem gegenüberliegenden Ende greift jeder Stab 127 in eine Befestigungsöffnung 129 ein, die einer Masche des Gitters entspricht (10).
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Ist das Stützgitter 123 elektrisch isolierend, können die Stäbe 127 aus einem elektrisch isolierenden oder leitenden Material bestehen, ist das Gitter jedoch elektrisch leitend, müssen die Stäbe elektrisch isolierend sein
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Der Isolator ist üblicherweise eine Keramik (Glas, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid).
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Das Stützgitter 123 umfasst beispielsweise mehrere Querstäbe 131 und mehrere Längsstäbe 133, die senkrecht zu den Querstäben 131 verlaufen.
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Die Querstäbe 131 sind paarweise angeordnet, wobei die beiden Querstäbe 131 eines Paares einen geringen Längsabstand zueinander haben. Die Paare von Querstäben 131 haben einen relativ größeren Längsabstand zueinander.
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In ähnlicher Weise sind die Längsstäbe 133 paarweise angeordnet, wobei die beiden Längsstäbe 133 eines Paares einen kleinen Querabstand zueinander haben. Die Paare von Längsstäben 133 haben einen relativ größeren Querabstand zueinander.
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Die Befestigungsöffnungen 129 werden, wie in 10 gezeigt, durch die Kreuzungen zwischen den Paaren von Querstäben 131 und den Paaren von Längsstäben 133 gebildet.
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Die Stäbe 127 sind über die gesamte Oberfläche des Heizelements 33 verteilt.
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Die in das Stützgitter 123 eingebetteten Stäbe 127 haben beispielsweise eine Form mit einer Nut, die so angeordnet ist, dass sie zwischen den Stäben 131, 133 eingeklemmt ist. Alternativ können die Stäbe 127 auch verschweißt sein.
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Ein Vorteil der massearmen Stabbefestigung ist neben dem geringen Gegendruck die Flexibilität bei der Aufnahme der thermischen Ausdehnung des Heizelements. Die Stäbe, ihre Form und der Abstand zwischen den Stäben sind so gewählt, dass die Ausdehnung des Trägers und des Heizelements ohne zusätzliche Belastung möglich ist.
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Gemäß einer Variante, die bei allen Ausführungsformen der Erfindung anwendbar ist, weist das Heizelement 33 mehrere durchgehende Schlitze 135 auf (z.B. in den 5, 6, 7 zu sehen), wobei die Reinigungsvorrichtung 1 eine Maske 137 aufweist, die gegenüber einer der großen Flächen 43, 45 des Heizelements 33 angeordnet ist und massive Bereiche 139 axial gegenüber den Schlitzen 135 aufweist (11).
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Unter einem durchgehenden Schlitz 135 ist hier ein Schlitz zu verstehen, der das Heizelement 33 über seine gesamte axiale Dicke von der großen Fläche 43 bis zur großen Fläche 45 durchquert.
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Jeder durchgehende Schlitz 135 ist an der großen Seite 43 und an der großen Seite 45 offen. Er bietet daher einen bevorzugten Fluchtweg für das Abgas durch das Heizelement 33. Es ist vorteilhaft, die Leckagerate über die durchgehenden Schlitze 135 zu begrenzen, um die Heizqualität zu verbessern. Dies wird mit Hilfe der Maske 137 erreicht.
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Die Maske 137 weist gegenüber jedem durchgehenden Schlitz 135 einen massiven Bereich 139 auf. Der massive Bereich 139 hat im Wesentlichen die gleiche Form wie der entsprechende durchgehende Schlitz 125. Er hat also eine längliche Form, im Wesentlichen die gleiche Länge und im Wesentlichen die gleiche Breite wie der entsprechende durchgehende Schlitz 125. Sie hat die gleiche Form wie der durchgehende Schlitz 125.
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Die Maske 137 ist zwischen den massiven Bereichen 139 ausgehöhlt, so dass kein übermäßiger Gegendruck entsteht. Vorteilhafterweise verbinden Abstandshalter 141 die massiven Bereiche 139 miteinander, um die Maske zu versteifen.
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Insgesamt sind vorzugsweise mindestens 80 % der Oberfläche der Maske 137 hohl.
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In dem in 11 gezeigten Beispiel ist die Maske 137 einstückig mit dem Umfangsrahmen 105 ausgebildet. Alternativ kann die Maske 137 auch ein mechanisch vom Heizelement 33 und/oder der Befestigung 35 unabhängiges Organ sein. Bei der Maske 137 handelt es sich beispielsweise um eine Platte, die starr an der rohrförmigen Hülle 15 befestigt ist.
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Die Maske 137 ist stromaufwärts oder stromabwärts des Heizelements 33 angeordnet.
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In einer Ausführungsform, die bei allen Ausführungsformen der Erfindung anwendbar ist, weist das Heizelement 33 einen ersten und einen zweiten Bereich 143, 145 auf, die elektrisch mit einem ersten und einem zweiten Anschluss 71, 73 der Stromversorgung 21 verbunden sind, wobei das Heizelement 33 durchgehende Schlitze 147 aufweist, die einen einzelnen S-förmigen Pfad durch das Heizelement 33 für elektrischen Strom zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich 143, 145 definieren (12).
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Der erste und der zweite Bereich 143, 145 liegen am Außenrand 117 des Heizelements 33 und sind um eine geometrische Mitte des Heizelements 33 zueinander symmetrisch.
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Die geometrische Mitte ist das Baryzentrum aller Punkte auf der Platte. Wenn das Heizelement kreisförmig ist, bildet sie die Mitte des Kreises.
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Der erste und der zweite Bereich 143, 145 unterteilen den Außenrand 117 in zwei gegenüberliegende Teile 149 und 151.
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Unter einem durchgehenden Schlitz 147 ist hier ein Schlitz zu verstehen, der das Heizelement 33 auf seiner gesamten axialen Dicke von der großen Fläche 43 bis zu der großen Fläche 45 durchquert.
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Jeder durchgehende Schlitz 147 ist auf der großen Seite 43 und der großen Seite 45 offen.
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Die Schlitze 147 verlaufen alle parallel zueinander. Sie verlaufen alle in einer Querrichtung.
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Die Schlitze 147 folgen jeweils in Längsrichtung aufeinander, d.h. sie sind alle in Längsrichtung zueinander versetzt.
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Jeder Schlitz 147 erstreckt sich ausgehend von dem Teil 149 oder dem Teil 151 des Außenrands 117 in Querrichtung. Er ist an dem genannten Teil offen. Er erstreckt sich über mehr als 50% der Querbreite des Heizelements, vorzugsweise über 75% der Breite, die an diesem Schlitz betrachtet wird.
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Die Schlitze 147 erstrecken sich alternativ ausgehend von dem Teil 149 und von dem Teil 151 des Außenrands 117. Mit anderen Worten, bei zwei aufeinanderfolgenden Längsschlitzen 147 erstreckt sich einer ausgehend von dem Teil 149 und der andere ausgehend von dem Teil 151 des Außenrands 117.
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Üblicherweise sind der erste und der zweite Bereich 143, 145 im Wesentlichen in Längsrichtung ausgerichtet. Alternativ bildet die Linie durch den ersten und den zweiten Bereich 143, 145 mit der Längsrichtung einen kleinen Winkel, der üblicherweise weniger als 45° beträgt.
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Der elektrische Strom folgt somit einem Pfad mit mehreren Querverzweigungen 153, die über U-förmige Bereiche 155 miteinander verbunden und im Wechsel in entgegengesetzte Richtungen orientiert sind.
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Die Anzahl der Schlitze 147 hängt von der Größe des Heizorgans 33 ab. Sie beträgt üblicherweise zwischen 4 und 20.
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Jeder Schlitz hat eine geringe Breite von beispielsweise zwischen 1 und 3.
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Der erste und der zweite Bereich 143, 145 sind üblicherweise verstärkte Randbereiche des oben beschriebenen Typs.
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Ein Heizelement, das dem elektrischen Strom einen derartigen S-förmigen Pfad bietet, hat den Vorteil, dass seine Resonanzfrequenzen relativ hoch sind und deutlich höher sind als die von dem Fahrzeugverbrennungsmotor erzeugten Anregungsfrequenzen. Das Heizelement ist somit gegenüber von dem Motor erzeugten Vibrationen nicht sehr empfindlich, und seine Robustheit und Dauerhaftigkeit werden dementsprechend verbessert.
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Die Erfindung ist oben für ein kreisförmiges Heizelement beschrieben worden. Das Heizelement kann jede andere geeignete Form haben: oval, rennbahnartig, elliptisch, rechteckig, in der Art eines TV-Bildschirms (d.h. Rechteck mit abgerundeten Ecken und/oder Kanten), usw.
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Die Erfindung ist oben für ein Heizorgan beschrieben worden, das in derselben rohrförmigen Hülle wie ein Abgasreinigungsorgan angebracht ist. Alternativ sind das Heizorgan und das Abgasreinigungsorgan in unterschiedlichen rohrförmigen Hüllen angebracht, die über eine Leitung in Strömungsverbindung stehen.
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Gemäß einer vorteilhaften Variante, die bei allen Ausführungsformen anwendbar ist, weist das Heizelement 33 mindestens einen durchgehenden Schlitz auf, der in Bezug auf die Achse C um 5 bis 30° geneigt ist. Üblicherweise weist das Heizelement 33 mehrere durchgehende Schlitze auf, die in Bezug auf die Achse C um 5 bis 30° geneigt sind. Diese Schlitze sind an der großen Fläche 43 und an der großen Fläche 45 offen.
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Jeder Schlitz ist längs einer geraden oder gewundenen Mittellinie langgestreckt. Senkrecht zur Mittellinie betrachtet sind die geraden Teilstücke des Schlitzes durch zwei gegenüberliegende Ränder, die im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, begrenzt. Diese beiden Ränder bilden mit der Achse C jeweils einen Winkel zwischen 5 und 30°.
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Das hat den Vorteil, das durch das Heizorgan strömende Abgas umzulenken und die Kontaktfläche zwischen dem Gas und dem Heizorgan zu vergrößern. Dadurch wird die Wärmeübertragung zwischen dem Gas und dem Heizelement verbessert.
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In allen Ausführungsformen der Erfindung und allen in Betracht gezogenen Ausführungsvarianten ist vorteilhafterweise eine Schicht einer elektrischen Isolierung zum Leiten des elektrischen Stroms in jedem durchgehenden Schlitz im Heizelement angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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