WO2018158148A1 - Katalysator mit elektrisch beheizbarer heizscheibe - Google Patents

Katalysator mit elektrisch beheizbarer heizscheibe Download PDF

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insulating
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Christoph Pabst
Peter Hirth
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a catalyst with a honeycomb body for the aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine and with an electrically heated heating disk, wherein the heating disk is formed from a plurality of metal foils which are stacked to form a stack of layers and finally wound into a honeycomb body having a plurality of flow channels are .
  • the heating disk is formed from a plurality of metal foils which are stacked to form a stack of layers and finally wound into a honeycomb body having a plurality of flow channels are .
  • heating elements are known in addition to a plurality of different catalysts, which can be used for targeted heating of the exhaust stream. This is necessary, for example, to increase the From ⁇ gas temperature after a cold start of the engine faster to a temperature level that is necessary to start the post-treatment of exhaust gas effectively.
  • Heating elements are known in particular in the form of heating disks, which are formed from wound layer stacks of structured and unstructured metal foils, in a variety of ways. The heating disks are heated by utilizing the ohmic resistance by passing a current through the heating disk.
  • the wound metallic layers In order to generate a directional current flow within the heating disk, the wound metallic layers must be electrically insulated from each other. For this purpose, appropriate measures must be taken. Devices are known in which a spacer is inserted between the metallic layers before the metallic layers are wound up. In connection at winding, the spacer is removed again, whereby an air gap is formed, which spaces the metallic layers to each other and creates an electrical insulation. A disadvantage of these devices is in particular that an additional step is necessary to remove the spacer. Furthermore, it comes with the removal of the ex ⁇ stand holder in damage to the actual heating disk. In addition, the active surface of the heating disk for the heating and for the catalytic conversion of the exhaust gas, if the
  • Heating disk has a corresponding chemical coating, reduced.
  • Completing windings of the metallic layers is disadvantageous, since thereby the flow of the exhaust gas through the heating disk and the subsequently arranged catalysts is adversely affected. Furthermore, it is difficult to leave an alternative spacer or an alternative Isolationsma ⁇ material permanently in the heating disk, since this is due to the high temperature dynamics and the strong mechanical loads in the exhaust system with a very high cost and the risk of a defect is greatly increased ,
  • Heating disk wherein the heating disk is formed from a plurality of metal foils, which are stacked on a stack of sheets and finally wound into a honeycomb body having a plurality of flow channels, wherein in the heating disk, an insulating means is arranged, via which an electrical insulation between at least two is formed adjacent to each other arranged wound metal foils.
  • the insulating means serves to electrically adjacent to each other lying metallic layers, which come into contact by the winding of the layer stack, electrically isolate from each other. This is necessary to create a defined current path to achieve uniform heating and continue the resistivity of the
  • the entire volume occupied by the heating disk can also be used for the catalytic treatment of the exhaust gas and the surface of the heating disk is as large as possible in relation to the total occupied volume.
  • the pressure loss generated by the heating disk should be as low as possible, which is why it is particularly advantageous if the heating disk has as few elements as possible, which could prevent a flow through the exhaust gas.
  • metallic layer and metal foil are used interchangeably and describe the same elements with different terms.
  • coatings are therefore preferably used on the metal foils used in the layer stack.
  • the insulating means is formed by a metal foil coated with an insulating layer.
  • Particularly advantageous are, for example, applied by chemical or physical processes layers, on the one hand cause an electrical insulation, on the other hand, however, do not adversely affect the basic properties of the material of the metal foils.
  • the sauceempfind ⁇ friendliness of the metal foils should not be enlarged.
  • the electrically insulating coatings are advantageously designed such that they are durable and no damage to the insulation layer is formed even under highly dynamic thermal and mechanical loads.
  • the layer stack is formed from a plurality of structured metal foils and a plurality of smooth metal foils which are stacked alternately, wherein the uppermost edge layer and the lowest edge layer of the layer stack has an insulating layer at their faces facing away from the center of the layer stack ,
  • the coating of the outer layer facing away from the stack of outer layers of the peripheral layers is advantageous because these in the
  • Winding be brought into direct contact with the other layers of the ply stack.
  • a current path which has a radial thickness in the wound-up state, which corresponds to the height of the layer stack in the unwound state.
  • a very precisely definable current path can be generated, which is defined by the height and the depth of the layer stack.
  • a preferred embodiment is characterized in that the uppermost edge layer and the lowest edge layer of the La ⁇ genstapels are formed by a smooth metal foil.
  • the metal foils coated with the insulating layer have an adhesion promoter and a solder layer for brazing the metal foils on the insulating layer.
  • the solder is advantageous in order to connect the wound layers together. For this purpose, preferably soldering methods are used, as this simultaneously a
  • Cohesive connection can be generated at many contact points.
  • An adhesion promoter may for example be a chemical agent that fixes the solder to the insulation layer.
  • metallic layers may be applied to the insulating layer to form a primer for a ceramic material. It is also expedient if the insulating layer is applied to the metal foil by means of an aerosol deposition and / or flame spraying. In such a configuration can be dispensed explicitly with the adhesion promoter, since the insulation layer is applied directly to the metal foil.
  • the layer stack is wound around at least one central pivot point, wherein one of the two insulating layers on the peripheral positions in the radial direction limited spiral-shaped current path is formed.
  • At least one further intermediate layer of the layer stack has an insulation layer at least on one side. This is advantageous since the current path can thus be subdivided further.
  • Design of the insulating intermediate layer can thus be generated within the layer stack completely separate current paths, or, for example, only partially separate current paths.
  • the current path is partially divided into at least two separate current paths by the insulating intermediate layer.
  • This is particularly advantageous in order, for example, to be able to better control the flow of current in critical areas.
  • hotspots can be avoided, which can be caused by excessive heating due to a locally high current flow. Since the current seeks the path of least resistance, such hotspots can occur, especially at kinks and tight bends in the region of the inner smaller bending radii, since the current does not flow uniformly over the entire width of the current path, but rather a stronger current flow in the region of closer bending radius arises.
  • an insulating intermediate layer of the current flow can be selectively influenced, whereby such an unequal distribution can be avoided or at least significantly reduced. This is advantageous to achieve a more homogeneous heating of the heating disk.
  • the insulating intermediate layer itself or the insulating layer on the intermediate layer has a shorter extent than the insulating layer on the outer upper peripheral layer and the outer lower peripheral layer. This is particularly advantageous in order to generate a common current path which is acted upon with current via an introduction point, but to be able to design the current path accordingly for the purpose of influencing the actual current flow. As already described above, the flow of current within the main flow path can be partially better controlled, for example, to produce a more uniform heating.
  • the insulating means is formed by a provided with a bonding agent material, which is applied to one or more of the metal foils and wound with the metal foils.
  • a bonding agent material which is applied to one or more of the metal foils and wound with the metal foils.
  • This may be, for example, a thin ceramic or just a ceramic coating.
  • the isolation means at ⁇ approaching is so thin as the rest of the metal foils in order to keep the space occupied by the isolation means installation space as small as possible.
  • the insulation agent has a similar flexibility as the metal foils in order not to be damaged during the winding process.
  • the material provided with the adhesion promoter is formed by a green ceramic.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a layer stack with a
  • a view of a heating disk which consists of a stack of layers wound on ⁇ and is inserted into a housing having a point of introduction through which current can be introduced into the current path of the heating disk, a detailed view of the heating disk, in particular ⁇ special show an area is in which the current path due to the winding has strong bends, and a detailed view of a layer stack, which is wound into a heating disk, wherein an electrically insulating intermediate layer is provided, the current path at least partially into several areas divided.
  • Preferred embodiment of the invention 1 shows a sectional view through a layer stack 1.
  • the layer stack 1 is formed from a plurality of corrugated metal foils 2 and a plurality of smooth metal foils 3, which are alternately stacked on each other. Between the metal foils 2, 3 a plurality of flow channels 6 are formed through which exhaust gas can flow.
  • the metal foils 2, 3 shown in FIG. 1 are exemplary and do not limit the choice of metal foils.
  • the upper edge layer 4 and the lower edge layer 5 are both formed by smooth metal foils 3. On their respective outer sides they have an insulating layer which electrically insulates the stack of layers up and down. For this purpose, for example, an electrically insulating material may be applied to the peripheral layers 4, 5.
  • FIG. 2 shows a detailed view of one of the peripheral layers 4, 5.
  • the smooth metal foil 3 and the corrugated metal foil 2 arranged underneath can be seen.
  • An insulating layer 7 is applied to the peripheral layer 4, 5.
  • FIG. 2 shows an adhesion promoter 8, which is used, for example, for binding the solder material 9 to the insulation layer 7.
  • FIG. 3 shows a detailed view of an alternative La ⁇ genstapels is shown.
  • an insulating layer 10 is applied, which has an adhesion promoter 11 both on its upwardly directed surface and on its downwardly directed surface.
  • the downwardly directed adhesion promoter 11 serves to connect the insulation layer 10 to the corrugated metal foil 2.
  • the upwardly directed adhesion promoter 11 serves to bond the solder material 12.
  • the insulating layer 10 may be formed for example by a ke ⁇ ramischen material.
  • FIG. 4 shows a view of a finished heating disk 13, which is formed from a wound layer stack 1.
  • the wound sheet stack 1 is inserted into a housing 14, and by soldering the coiled sheet stack in the housing 14 is fixed, and the individual layers are relatively fixed to each other through the ⁇ applied to the peripheral areas solder material.
  • a discharge point 15 is shown, which penetrates the housing 14 and produces an electrically conductive connection to the wound layer stack 1. Over this a stream can be introduced into the layer stack.
  • the wound layer stack 1 has the corrugated and the smooth metal foils 17 which are bordered by the peripheral layers coated with an insulating layer 16. As a result, a spirally running current path 18 is generated which is bounded in each case in the radial direction by the peripheral layers coated with the insulating layers 16.
  • FIG. 5 shows a detailed view of the wound-up charge stack 1 of FIG. 4.
  • the region in the center of the ply stack 1 around which the take-up of the ply stack 1 took place is shown. Since in the illustrated embodiment, the layer stack 1 was wound around two winding mandrels, results for the layer stack 1 in the area around which the winding has taken place, an s-shaped course.
  • a current path 19 In the left part of a current path 19 is shown, which is limited by the insulating layer on the peripheral layers 20. Since the current chooses the path of least resistance, the current will flow mainly through the shortest possible path through the current path 19. This has the effect, in particular in the area of the bends 22, 23, of the effect that on the inside of the bends 22, 23 hotspots 21 form, which heat up more due to an increased current flow than the outer regions 24, 25 of the creases 22, 23. This leads to a disadvantageous inhomogeneous heat distribution in the heating disk and should therefore be avoided.
  • a further insulating layer is formed on an intermediate layer 26 in the middle of the wound stack of layers.
  • the current path is subdivided into two regions 27, 28, which ensures that at least the current flowing in region 27, which encompasses the outer region of the left kink, does not flow in the direct region of the narrower bending radius and thus heats it up to an increased extent .
  • the additional insulation layer 26 hereby forms practically a guardrail for the current and thus creates a better distribution of the current flow in the region of the kinks and in particular in the region of the tight bending radii on which the hotspots 21 have formed in the left part of FIG.
  • FIG. 6 shows a schematic view of a heating disk 30.
  • the stream is introduced via a half-shell 31 into the wound-up layer stack 32.
  • the layer stack 32 has in its interior an insulating layer 33 which is arranged midway between the corrugated layers and the smooth layers.
  • Insulation layer 33 has a significantly shorter extent than the rest of the layers used. As a result, no insulation between the individual layers is formed in the region of the current introduction. Only from the beginning of the insulation layer 33 is the layer formed by the layer stack
  • the isola ⁇ tion layer 33 thus generates in particular a division of the current path 34 in the vicinity of the winding centers, around which the layer stack was wound.
  • FIGS. 1 to 6 have, in particular, no limiting character and serve to clarify the inventive concept.

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Abstract

Katalysator mit elektrisch beheizbarer Heizscheibe Die Erfindung betrifft einen Katalysator mit einem Wabenkörper zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrisch beheizbaren Heizscheibe (13, 30), wobei die Heizscheibe (13, 30) aus einer Mehrzahl von Metallfolien (2, 3, 4, 5, 17, 20) gebildet ist, die zu einem Lagenstapel (1, 32) aufeinander gestapelt sind und schließlich zu einem Wabenkörper mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen (6) aufgewickelt sind, wobei in der Heizscheibe (13, 30) ein Isolationsmittel (7, 10, 6, 26, 33) angeordnet ist, über welches eine elektrische Isolation zwischen zumindest zwei zueinander benachbart angeordneten aufgewickelten Metallfolien (2, 3, 4, 5, 17, 1 20) gebildet ist.

Description

Beschreibung
Katalysator mit elektrisch beheizbarer Heizscheibe Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Katalysator mit einem Wabenkörper zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrisch beheizbaren Heizscheibe, wobei die Heizscheibe aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und schließlich zu einem Wabenkörper mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen aufgewickelt sind . Stand der Technik
In Abgassträngen von Verbrennungsmotoren sind neben einer Mehrzahl von unterschiedlichen Katalysatoren auch Heizelemente bekannt, die zur gezielten Aufheizung des Abgasstroms genutzt werden können. Dies ist beispielsweise notwendig, um die Ab¬ gastemperatur nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors schneller auf ein Temperaturniveau zu erhöhen, das notwendig ist, um die Nachbehandlung des Abgases wirksam beginnen zu können. Heizelemente sind insbesondere in Form von Heizscheiben, die aus aufgewickelten Lagenstapeln aus strukturierten und unstrukturierten Metallfolien gebildet sind, in vielfältiger Weise bekannt. Die Heizscheiben werden unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes erhitzt, indem ein Strom durch die Heizscheibe geleitet wird.
Um einen gerichteten Stromfluss innerhalb der Heizscheibe zu erzeugen müssen die aufgewickelten metallischen Lagen zueinander elektrisch isoliert werden. Hierzu müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden. Es sind Vorrichtungen bekannt, in welchen ein Abstandshalter zwischen die metallischen Lagen eingelegt wird bevor die metallischen Lagen aufgewickelt werden. Im Anschluss an das Aufwickeln wird der Abstandshalter wieder entfernt, wodurch ein Luftspalt entsteht, der die metallischen Lagen zueinander beabstandet und eine elektrische Isolation schafft. Nachteilig an diesen Vorrichtungen ist insbesondere, dass zum Entfernen des Abstandshalters ein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig wird. Weiterhin kommt es beim Entfernen des Ab¬ standshalters zu Beschädigungen der eigentlichen Heizscheibe. Außerdem wird die aktive Fläche der Heizscheibe für die Beheizung und für die katalytische Umwandlung des Abgases, wenn die
Heizscheibe eine entsprechende chemische Beschichtung aufweist, verkleinert .
Die Verwendung von Abstandshaltern und Isolationsmitteln, die den gewöhnlich mit Luft ausgefüllten Spalt zwischen den
Wicklungen der Metallischen Lagen ausfüllen, ist nachteilig, da dadurch die Strömung des Abgases durch die Heizscheibe und die nachfolgend angeordneten Katalysatoren negativ beeinflusst wird. Weiterhin ist es schwierig einen alternativen Ab- standshalter beziehungsweise ein alternatives Isolationsma¬ terial dauerhaft in der Heizscheibe zu belassen, da dies aufgrund der hohen Temperaturdynamik und der starken mechanischen Belastungen im Abgasstrang mit einem sehr hohen Aufwand verbunden ist und das Risiko eines Defekts stark erhöht wird.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Katalysator mit einem als Heizscheibe ausgebildeten Heizelement zu schaffen, der einen optimierten Aufbau aufweist und insbesondere eine verbesserte Isolation der metallischen Lagen in der Heizscheibe zueinander aufweist, damit ein zielgerichteter Stromfluss realisiert werden kann.
Die Aufgabe hinsichtlich des Katalysators wird durch
Katalysator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. ^
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Katalysator mit einem Wabenkörper zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrisch beheizbaren
Heizscheibe, wobei die Heizscheibe aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und schließlich zu einem Wabenkörper mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen aufgewickelt sind, wobei in der Heizscheibe ein Isolationsmittel angeordnet ist, über welches eine elektrische Isolation zwischen zumindest zwei zueinander benachbart angeordneten aufgewickelten Metallfolien gebildet ist .
Das Isolationsmittel dient dazu die zueinander benachbart liegenden metallischen Lagen, die durch das Aufwickeln des Lagenstapels miteinander in Kontakt geraten, elektrisch voneinander zu isolieren. Dies ist notwendig, um einen definierten Strompfad zu erzeugen, um eine gleichmäßige Aufheizung zu erreichen und weiterhin den spezifischen Widerstand der
Heizscheibe genau festlegen zu können. Wäre der ganze durch das Aufwickeln erzeugte Wabenkörper ein vollständig elektrisch leitend miteinander verbundener Bereich, würde die Stromleitung durch den Wabenkörper quasi willkürlich und zufällig erfolgen, weswegen der jeweilige ohmsche Widerstand des Strompfades in der Heizscheibe im Vorfeld praktisch nicht zu bestimmen wäre, wodurch auch die Festlegung der zu erreichenden Temperatur bei einer definierten Stromstärke nicht möglich wäre. Daher muss durch die geschickte Einbringung eines Isolationsmittels ein exakt de¬ finierbarer Strompfad erzeugt werden, in welchen definiert ein elektrischer Strom bekannter Stromstärke eingeleitet werden kann, um bei einem durch den bekannten Strompfad definierten ohmschen Widerstand eine vorgebbare Erwärmung zu erzeugen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das gesamte durch die Heizscheibe eingenommene Volumen auch zur katalytischen Be- handlung des Abgases genutzt werden kann und die Oberfläche der Heizscheibe bezogen auf das insgesamt eingenommene Volumen möglichst groß ist. Der von der Heizscheibe erzeugte Druckverlust sollte möglichst gering sein, weswegen es besonders vorteilhaft ist, wenn die Heizscheibe möglichst wenig Elemente aufweist, die ein Durchströmen mit dem Abgas verhindern könnten. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Begriffe metallische Lage und Metallfolie synonym verwendet werden und mit unterschiedlichen Begriffen die gleichen Elemente beschreiben.
Als Isolationsmittel kommen daher bevorzugt Beschichtungen auf den im Lagenstapel verwendeten Metallfolien in Frage.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Isolationsmittel durch eine mit einer Isolationsschicht beschichtete Metallfolie gebildet ist. Besonders vorteilhaft sind beispielsweise durch chemische oder physikalische Verfahren aufgebrachte Schichten, die einerseits eine elektrische Isolation bewirken, andererseits aber die Grundeigenschaften des Materials der Metallfolien nicht negativ beeinflussen. Insbesondere soll die Wärmeempfind¬ lichkeit der Metallfolien nicht vergrößert werden. Auch soll die Flexibilität der Metallfolien, die beispielsweise für das
Aufwickeln benötigt wird, nicht beeinträchtigt werden. Darüber hinaus sind die elektrisch isolierenden Beschichtungen vorteilhaft derart gestaltet, dass diese dauerhaltbar sind und auch bei hochdynamischen thermischen und mechanischen Belastungen keine Beschädigung der Isolationsschicht entsteht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Lagenstapel aus einer Mehrzahl von strukturierten Metallfolien und einer Mehrzahl von glatten Metallfolien gebildet ist, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind, wobei die oberste Randlage und die unterste Randlage des Lagenstapels an ihren vom Zentrum des Lagenstapels abgewandten Flächen eine Isolationsschicht aufweist.
Insbesondere die Beschichtung der vom Lagenstapel abgewandten Außenflächen der Randlagen ist vorteilhaft, da diese beim
Aufwickeln in direkten Kontakt mit den anderen Lagen des Lagenstapels gebracht werden. Durch die elektrisch isolierende Beschichtung der Randlagen wird so ein Strompfad erzeugt, der eine im aufgewickelten Zustand radiale Dicke hat, die der Höhe des Lagenstapels im unaufgewickelten Zustand entspricht. Auf diese Weise lässt sich ein sehr exakt definierbarer Strompfad erzeugen, der durch die Höhe und die Tiefe des Lagenstapels definiert wird. Dadurch lässt sich besonders einfach eine Heizscheibe erzeugen, die einen definierten Strompfad aufweist und einen genau bestimmbaren ohmschen Widerstand. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Randlage und die unterste Randlage des La¬ genstapels durch eine glatte Metallfolie gebildet sind. Dies ist insbesondere für das Aufwickeln des Lagenstapels vorteilhaft, um das Verkanten von gewellten Randlagen ineinander auszuschließen und zu ermöglichen, dass die durch das Aufwickeln miteinander in Kontakt geratenden Lagen eine Relativbewegung zueinander in Umfangsrichtung zulassen. Dies ermöglicht eine besonders dichte Wicklung der Heizscheibe. Auch ist es zu bevorzugen, wenn die mit der Isolationsschicht beschichteten Metallfolien auf der Isolationsschicht einen Haftvermittler und eine Lotschicht zum Verlöten der Metallfolien aufweisen . Das Lot ist vorteilhaft, um die aufgewickelten Lagen auch miteinander verbinden zu können. Hierfür werden bevorzugt Lötverfahren eingesetzt, da hierdurch gleichzeitig eine
Stoffschlüssige Verbindung an vielen Kontaktstellen erzeugt werden kann.
Ein Haftvermittler kann beispielsweise ein chemisches Mittel sein, dass das Lot an der Isolationsschicht fixiert. Auch können beispielsweise metallische Schichten auf die Isolationsschicht aufgetragen sein um einen Haftgrund für einen keramischen Werkstoff zu bilden. Auch ist es zweckmäßig, wenn die Isolationsschicht mittels einer Aerosolabscheidung und/oder Flammspritzen auf die Metallfolie aufgebracht ist. In einer solchen Konfiguration kann explizit auf den Haftvermittleer verzichtet werden, da die Isolationsschicht direkt auf die Metallfolie aufgebracht wird.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Lagenstapel um zumindest einen zentralen Drehpunkt aufgewickelt ist, wobei ein von den beiden Isolationsschichten auf den Randlagen in radialer Richtung begrenzter spiralförmiger Strompfad ausgebildet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zu der obersten Randlage und der untersten Randlage des Lagenstapels zumindest eine weitere Zwischenlage des Lagenstapels zumindest einseitig eine Isolationsschicht aufweist. Dies ist vorteilhaft, da somit der Strompfad auch weiter unterteilt werden kann. Je nach
Ausgestaltung der isolierenden Zwischenlage können so innerhalb des Lagenstapels vollständig voneinander getrennte Strompfade erzeugt werden, oder beispielsweise auch nur partiell getrennte Strompfade .
Auch ist es zweckmäßig, wenn durch die isolierende Zwischenlage der Strompfad partiell in zumindest zwei voneinander getrennte Strompfade unterteilt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, um beispielsweise den Stromfluss in kritischen Bereichen besser lenken zu können. Hierdurch können insbesondere Hotspots vermieden werden, die durch übermäßige Aufheizung infolge eines lokal hohen Stromflusses entstehen können. Da der Strom sich den Weg des geringsten Widerstandes sucht, kann es insbesondere an Knickstellen und engen Biegungen im Bereich der innenliegenden kleineren Biegungsradien zu solchen Hotspots kommen, da der Strom nicht gleichmäßig auf der gesamten Breite des Strompfades fließt, sondern ein stärkerer Stromfluss im Bereich der engeren Biegeradien entsteht. Durch eine isolierende Zwischenlage kann der Stromfluss gezielt beeinflusst werden, wodurch eine derartige Ungleichverteilung vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden kann. Dies ist vorteilhaft, um eine homogenere Erwärmung der Heizscheibe zu erreichen .
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die isolierende Zwi- schenlage selbst oder die Isolationsschicht auf der Zwischenlage eine kürzere Erstreckung aufweist als die Isolationsschicht auf der äußeren oberen Randlage und der äußeren unteren Randlage. Dies ist besonders vorteilhaft, um zwar einen gemeinsamen über einen Einleitungspunkt mit Strom beaufschlagten Strompfad zu erzeugen, jedoch zum Zwecke der Beeinflussung des tatsächlichen Stromflusses den Strompfad entsprechend gestalten zu können. Wie bereits weiter oben beschrieben, lässt sich so der Stromfluss innerhalb des Hauptstrompfades partiell besser lenken, um so beispielsweise eine gleichmäßigere Erwärmung zu erzeugen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Isolationsmittel durch einen mit einem Haftvermittler versehenen Werkstoff gebildet ist, der auf eine oder mehrere der Metallfolien aufgebracht und mit den Metallfolien aufgewickelt ist. Dies kann beispielsweise einen dünne Keramik sein oder auch nur eine keramische Be- schichtung. Vorteilhafterweise ist das Isolationsmittel an¬ nähernd so dünn wie die restlichen Metallfolien, um den durch das Isolationsmittel eingenommenen Bauraum möglichst gering zu halten. Ebenso weißt das Isolationsmittel eine ähnliche Fle- xibilität wie die Metallfolien auf, um bei dem Wickelvorgang nicht beschädigt zu werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das der mit dem Haftvermittler versehene Werkstoff durch eine Grünkeramik gebildet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben . Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht durch einen Lagenstapel mit einer
Mehrzahl gewellter Lagen und einer Mehrzahl glatter Lagen, wobei die Randlagen des Lagenstapels an ihren Außenflächen eine Isolationsschicht aufweisen, eine perspektivische Ansicht eines Lagenstapels, mit einer Randlage mit einer elektrisch isolierenden BeSchichtung, eine perspektivische Ansicht eines Lagenstapels, mit einer Randlage mit einer elektrisch isolierenden BeSchichtung, eine Ansicht einer Heizscheibe, die aus einem auf¬ gewickelten Lagenstapel besteht und in ein Gehäuse eingesetzt ist, das eine Einleitstelle aufweist, durch die Strom in den Strompfad der Heizscheibe eingeleitet werden kann, eine Detailansicht der Heizscheibe, wobei insbe¬ sondere ein Bereich gezeigt ist, in welchem der Strompfad aufgrund der Wicklung starke Biegungen beziehungsweise Knicke aufweist, und eine Detailansicht eines Lagenstapels, der zu einer Heizscheibe aufgewickelt ist, wobei eine elektrisch isolierende Zwischenlage vorgesehen ist, die den Strompfad zumindest partiell in mehrere Bereiche unterteilt .
Bevorzugte Ausführung der Erfindung Die Figur 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Lagenstapel 1. Der Lagenstapel 1 ist aus einer Mehrzahl gewellten Metallfolien 2 und einer Mehrzahl glatter Metallfolien 3 gebildet, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind. Zwischen den Metall- folien 2, 3 sind mehrere Strömungskanäle 6 ausgebildet, durch die Abgas strömen kann. Die in Figur 1 gezeigten Metallfolien 2, 3 sind beispielhaft und beschränken die Auswahl der Metallfolien nicht . Die obere Randlage 4 und die untere Randlage 5 sind beide durch glatte Metallfolien 3 gebildet. Auf ihren jeweiligen Außenseiten weisen sie eine Isolationsschicht auf, die den Lagenstapel nach oben und unten elektrisch isoliert. Hierzu kann beispielsweise eine elektrisch isolierendes Material auf die Randlagen 4, 5 aufgetragen sein.
Die Figur 2 zeigt eine Detailansicht einer der Randlagen 4, 5. Zu erkennen ist die glatte Metallfolie 3 und die darunter angeordnet gewellte Metallfolie 2. Auf der Randlage 4, 5 ist eine Isolationssicht 7 aufgetragen. Zusätzlich ist in Figur 2 ein Haftvermittler 8 gezeigt, der beispielsweise dazu genutzt wird, um das Lotmaterial 9 an die Isolationsschicht 7 zu binden. Dieser mehrlagige Aufbau stellt somit einerseits die elektrische Isolation des Lagenstapels sicher und ermöglicht weiterhin die Verlötung des später aufgewickelten Lagenstapels zu einem Wabenkörper .
In Figur 3 wird eine Detailansicht eines alternativen La¬ genstapels gezeigt. Auf die gewellte Metallfolie 2 ist einen Isolationsschicht 10 aufgebracht, die sowohl an ihrer nach oben gerichteten Fläche als auch an ihrer nach unten gerichteten Fläche einen Haftvermittler 11 aufweist. Der nach unten gerichtete Haftvermittler 11 dient zur Anbindung der Isolationsschicht 10 an die gewellte Metallfolie 2. Der nach oben gerichtete Haftvermittler 11 dient zur Anbindung des Lotmaterials 12. Die Isolationsschicht 10 kann beispielsweise durch einen ke¬ ramischen Werkstoff gebildet sein.
Die Figur 4 zeigt eine Ansicht einer fertigen Heizscheibe 13, die aus einem aufgewickelten Lagenstapel 1 gebildet ist. Der aufgewickelte Lagenstapel 1 ist in ein Gehäuse 14 eingesetzt und durch einen Lötvorgang ist der aufgewickelte Lagenstapel im Gehäuse 14 fixiert und sind die einzelnen Lagen relativ zu¬ einander durch das auf den Randlagen aufgebrachte Lotmaterial fixiert.
Weiterhin ist einen Einleitstelle 15 dargestellt, die das Gehäuse 14 durchdringt und eine elektrisch leitfähige Verbindung zum aufgewickelten Lagenstapel 1 erzeugt. Hierüber kann ein Strom in den Lagenstapel eingeleitet werden.
Der aufgewickelte Lagenstapel 1 weist die gewellten und die glatten Metallfolien 17 auf, die durch die mit einer Isolationsschicht 16 beschichteten Randlagen eingefasst sind. Dadurch wird ein spiralförmig verlaufender Strompfad 18 erzeugt, der jeweils in radialer Richtung von den mit den Isolationsschichten 16 beschichteten Randlagen begrenzt ist.
Die Figur 5 zeigt eine Detailansicht des aufgewickelten La- genstapels 1 der Figur 4. Insbesondere ist der Bereich im Zentrum des Lagenstapels 1 gezeigt, um welchen die Aufwicklung des Lagenstapels 1 erfolgte. Da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Lagenstapel 1 um zwei Wickeldorne aufgewickelt wurde, ergibt sich für den Lagenstapel 1 im Bereich, um den die Aufwicklung stattgefunden hat, ein s-förmiger Verlauf.
Im linken Teil ist ein Strompfad 19 dargestellt, der durch die Isolationsschicht auf den Randlagen 20 begrenzt wird. Da der Strom den Weg des geringsten Widerstands wählt, wird der Strom hauptsächlich auf dem kürzest möglichen Weg durch den Strompfad 19 fließen. Dies hat insbesondere im Bereich der Knicke 22, 23 den Effekt, dass sich an der Innenseite der Knicke 22, 23 Hotspots 21 ausbilden, die sich aufgrund eines erhöhten Stromflusses stärker aufheizen als die äußeren Bereiche 24, 25 der Knicke 22, 23. Dies führt zu einer nachteiligen inhomogenen Wärmeverteilung in der Heizscheibe und soll daher vermieden werden.
Im rechten Teil der Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem zusätzlichen zu den Isolationsschichten an den Randlagen eine weitere Isolationsschicht auf einer Zwischenlage 26 in der Mitte des aufgewickelten Lagenstapels ausgebildet ist. Durch diese zusätzliche Isolationsschicht 26 wird der Strompfad in zwei Bereiche 27, 28 unterteilt, wodurch sichergestellt ist, dass zumindest der im Bereich 27, der den Außenbereich des linken Knickes umfasst, fließende Strom nicht im direkten Bereich des engeren Biegeradius fließt und diesen somit verstärkt aufheizt. Die zusätzliche Isolationsschicht 26 bildet hiermit praktisch eine Leitplanke für den Strom und schafft somit eine bessere Verteilung des Stromflusses im Bereich der Knickstellen und insbesondere im Bereich der engen Biegeradien, an welchen sich im linken Teil der Figur 5 die Hotspots 21 ausgebildet haben.
Figur 6 zeigt eine schematische Ansicht einer Heizscheibe 30. Der Strom wird über eine Halbschale 31 in den aufgewickelten Lagenstapel 32 eingeleitet. Der Lagenstapel 32 weist in seinem Inneren eine Isolationsschicht 33 auf, die mitten zwischen den gewellten Lagen und den glatten Lagen angeordnet ist. Die
Isolationsschicht 33 weist eine deutlich kürzere Erstreckung auf als der Rest der verwendeten Lagen. Dies führt dazu, dass im Bereich der Stromeinleitung keine Isolation zwischen den einzelnen Lagen ausgebildet ist. Erst ab dem Beginn der Iso- lationsschicht 33 wird der von dem Lagenstapel gebildete
Strompfad 34 in zwei Teilpfade 35, 36 unterteilt. Die Isola¬ tionsschicht 33 erzeugt so insbesondere eine Aufteilung des Strompfades 34 in der Nähe der Wickelzentren, um welche der Lagenstapel aufgewickelt wurde.
In einer alternativen Ausgestaltung können auch mehrere Isolationsschichten vorgesehen werden, die den Strompfad noch feingliedriger aufteilen. Dies ist im Wesentlichen davon abhängig, wie exakt der Strompfad aufgeteilt werden soll, um eine möglichst homogene Verteilung zu erhalten.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden. Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 6 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens .

Claims

Katalysator mit einem Wabenkörper zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrisch beheizbaren Heizscheibe (13, 30), wobei die Heizscheibe (13, 30) aus einer Mehrzahl von Metallfolien (2, 3, 4, 5, 17, 20) gebildet ist, die zu einem Lagenstapel (1, 32) aufeinander gestapelt sind und schließlich zu einem Wabenkörper mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen (6) aufgewickelt sind, da du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass in der Heizscheibe (13, 30) ein Isolations¬ mittel (7, 10, 16, 26, 33) angeordnet ist, über welches eine elektrische Isolation zwischen zumindest zwei zueinander benachbart angeordneten aufgewickelten Metallfolien (2, 3, 4, 5, 17, 20)gebildet ist.
Katalysator nach Anspruch 1, da du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass das Isolationsmittel (7, 10, 16, 26, 33) durch eine mit einer Isolationsschicht be¬ schichtete Metallfolie (7, 10, 16, 26, 33) gebildet ist.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass der La¬ genstapel (1) aus einer Mehrzahl von strukturierten Metallfolien (2) und einer Mehrzahl von glatten Metallfolien
(3) gebildet ist, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind, wobei die oberste Randlage (4) und die unterste Randlage (5) des Lagenstapels (1) an ihren vom Zentrum des Lagenstapels ( 1 ) abgewandten Flächen eine Isolationsschicht
(7) aufweist.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die oberste Randlage (4) und die unterste Randlage (5) des Lagenstapels (1) durch eine glatte Metallfolie (3) gebildet sind. Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die mit der
Isolationsschicht (7, 10) beschichteten Metallfolien (2, 3) auf der Isolationsschicht (7, 10) einen Haftvermittler (8, 11) und eine Lotschicht (12) zum Verlöten der Metallfolien (2, 3) aufweisen.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass die Iso¬ lationsschicht mittels einer Aerosolabscheidung und/oder Flammspritzen auf die Metallfolie aufgebracht ist.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass der La¬ genstapel (1, 32) um zumindest einen zentralen Drehpunkt aufgewickelt ist, wobei ein von den beiden Isolations¬ schichten (7, 10) auf den Randlagen (4, 5) in radialer Richtung begrenzter spiralförmiger Strompfad (18, 19, 34) ausgebildet ist.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass zusätzlich zu der obersten Randlage (4) und der untersten Randlage (5) des Lagenstapels zumindest eine weitere Zwischenlage des Lagenstapels zumindest einseitig eine Isolationsschicht (7, 10, 16, 26, 33) aufweist.
Katalysator nach Anspruch 8, da du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass durch die isolierende Zwi¬ schenlage der Strompfad (19, 34) partiell in zumindest zwei voneinander getrennte Strompfade (27, 28, 35, 36) un¬ terteilt wird.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 oder 9, da du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass die isolierende Zwischenlage selbst oder die Isolationsschicht (33) auf der Zwischenlage eine kürzere Erstreckung aufweist als die Isolationsschicht auf der äußeren oberen Randlage und der äußeren unteren Randlage.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da du r c h g e k e n n z e i c hn e t , dass das Iso¬ lationsmittel durch einen mit einem Haftvermittler versehenen Werkstoff gebildet ist, der auf eine oder mehrere der Metallfolien aufgebracht und mit den Metallfolien aufgewickelt ist.
Katalysator nach Anspruch 11, da du r c h g e k e nn z e i c h n e t , dass das der mit dem Haftvermittler versehene Werkstoff durch eine Grünkeramik gebildet ist.
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