CN111094711B - 用于排气后处理的可电加热的加热盘 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对排气流和/或对用于排气后处理的部件进行加热的加热盘(1)，该加热盘：具有蜂窝体，该蜂窝体由彼此上下堆叠的多个平滑金属层和波纹状金属层缠绕而成；具有承载壳体(6，22)，在该承载壳体中接纳有该蜂窝体；并且具有电接触结构，该电接触结构馈通该承载壳体(6，22)，并且该蜂窝体能够经由该电接触结构连接到电流源，其中，在由该承载壳体(6，22)包围的区域中，该电接触结构具有在该承载壳体(6，22)的圆周方向上延伸的接触条带(4，20)，其中，在该承载壳体(6，22)与该接触条带(4，20)之间形成绝缘区域(9)，并且其中，彼此电绝缘的多个层堆叠(2，21)导电地电连接到该接触条带(4，20)，这些层堆叠各自由多个平滑金属层和波纹状金属层形成并且彼此直接相邻地布置。本发明还涉及一种用于生产催化转化器的方法。

Description

用于排气后处理的可电加热的加热盘
技术领域
本发明涉及一种用于对排气流和/或对用于排气后处理的部件进行加热的加热盘，该加热盘：具有蜂窝体，该蜂窝体由彼此上下堆叠的多个平滑金属层和波纹状金属层缠绕而成；具有承载壳体，在该承载壳体中接纳有该蜂窝体；并且具有电接触结构，该电接触结构馈通该承载壳体，并且该蜂窝体能够经由该电接触结构连接到电流源。本发明还涉及一种用于生产该加热盘的方法。
背景技术
用于对用于排气后处理的部件进行附加加热的加热盘在现有技术中是已知的。此加热的目标尤其是为了更快地达到有利于排气后处理的温度范围，以便能够符合排气后处理的法律规定值。
为此目的，类似于其他排气后处理部件的蜂窝体，这些加热盘例如由平滑金属层和波纹状金属层的层堆叠产生，这些平滑金属层和波纹状金属层在一个工艺步骤中缠绕以获得具有适当形状的盘。
使用欧姆电阻通过将电流引入加热盘中来进行加热。
现有技术中已知的这些设备的特定缺点是所引入的电流没有充分地均匀分布，这导致加热盘的不均匀加热。先前用于避免不均匀加热的措施是不利的，尤其是因为这些措施在生产技术方面难以实施或者涉及较高的技术支出和较高的成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于对用于排气后处理的部件进行加热的电加热盘，该电加热盘具有优化的电流引入、并且因此确保了加热盘的均匀加热。另外，本发明的目的是提供一种能够用于生产根据本发明的加热盘的方法。
与该加热盘有关的目的通过具有以下特征的加热盘来实现。
本发明的示例性实施例涉及一种用于对排气流和/或对用于排气后处理的部件进行加热的加热盘，该加热盘：具有蜂窝体，该蜂窝体由彼此上下堆叠的多个平滑金属层和波纹状金属层缠绕而成；具有承载壳体，在该承载壳体中接纳有该蜂窝体；并且具有电接触结构，该电接触结构馈通该承载壳体，并且该蜂窝体能够经由该电接触结构连接到电流源，其中，在由该承载壳体包围的区域中，该电接触结构具有在该承载壳体的圆周方向上延伸的接触条带，其中，在该承载壳体与该接触条带之间形成绝缘区域，并且其中，彼此电绝缘的多个层堆叠导电地电连接到该接触条带，这些层堆叠各自由多个平滑金属层和波纹状金属层形成并且彼此直接相邻地布置。
这种构造是尤其有利的，因为可以经由共同接触条带向多个层堆叠均匀地供应电流。该接触条带在此尤其形成为金属条带，该金属条带可以通过馈通承载壳体的电接触结构连接到电流源。
因此，该接触条带是用于电流的线路部分的一部分。因此，该接触条带优选地相对于承载壳体电绝缘，以防止电流在承载壳体自身中流动。
尤其有利的是，该接触条带与彼此电绝缘的多个层堆叠同时导电接触，因为由此可以实现仅利用穿过承载壳体的单个电馈通部就可以实现将均匀的电流引入多个层堆叠中。理想地，在该加热盘的接触条带与所有层堆叠之间存在导电连接。
尤其有利的是，这些层堆叠彼此电绝缘。层堆叠的彼此电绝缘防止电流基于最小电阻的原理寻找穿过层堆叠的优选短传导路径，并且因此防止可能出现局部热点，并且从而防止跨加热盘的不均匀温度分布。尤其是在高电流下，如果存在不希望的热点形成，则可能会损坏加热盘，并且因此导致加热盘故障。这将通过彼此电绝缘来避免。
出于电绝缘的目的，可以在各个层堆叠之间设置气隙。作为这种情况的替代方案，还可以提供例如陶瓷材料的绝缘层。
还有利的是，该承载壳体具有径向向外地定向的凸起部，该凸起部形成针对在圆周方向上延伸的接触条带的接纳部。
为了在由承载壳体包围的区域中产生针对接触条带与承载壳体之间的绝缘区域的接纳区域，凸起部是尤其有利的。这具有的优点是接触条带不必容纳在由承载壳体的其余部分形成的截面中，其结果是在操作期间可能四处流动的活动加热表面将会减少。目标是利用缠绕的层堆叠尽可能完整地填充承载壳体的截面积，以便形成最大可能数量的通道(流动可以通过这些通道进行)，并且形成尽可能最少的偏移和边缘尖锐的过渡。另外，从生产的角度看，如果截面积具有连续的外围区域并且不必包括附加元件(尤其诸如接触条带)，则更容易利用层堆叠填充该截面区域。
优选的示例性实施例的特征在于：该绝缘区域由气隙形成，或者该绝缘区域由陶瓷绝缘体形成。
该绝缘区域尤其优选地由陶瓷材料层形成。这可以直接被引入到凸起部中或者应用到接触条带。优选地由导电金属形成的接触条带可以连接到陶瓷绝缘体。为此目的，使用活性焊料尤其是有利的，和/或对陶瓷绝缘层的先前金属化尤其是有利的，其结果是例如也可以将接触条带钎焊或焊接到陶瓷绝缘层上。在这种构造中，陶瓷层还同时作为接触条带相对于承载壳体的机械支撑件。
作为替代方案，可以在接触条带与承载壳体之间设置气隙，在这种情况下，必须另外地提供用于将接触条带稳定在承载壳体中的装置并且必须采取措施防止由于振动或其他外部干扰影响而意外接触承载壳体。
还优选的是，该接触条带导电地电连接到最多达三个层堆叠，这些层堆叠除此之外彼此电绝缘。接触条带到多个单独的层堆叠的连接是有利的，因为电流可以被更确切地引入，并且确保了在加热盘的整个表面积上实现更均匀的电流分布。
堆叠中并行布置的层的数量越多，流过堆叠的电流就越有可能沿电阻减小的区域扩散，并且因而产生高于平均水平地流过的区域并且同时产生低于平均水平地流过的区域。这可能导致温度分布的强烈不均匀性，其结果是加热盘的加热功率或整体性能降低。另外，耐久性会受到不均匀的温度分布以及材料中产生的应力的不利影响。
因此，有利的是，将层堆叠划分成为尽可能多的彼此绝缘的子堆叠。由子堆叠的总和形成的整个堆叠具有的层越多，从功能的角度来看期望的子堆叠就越多。实际测试已经示出，具有不超过5到7个层的子堆叠产生有利的均匀分布。在具有特别大的直径的加热盘的情况下，最多达20个整体层的堆叠是可能的，每个整体层分别由一个平滑层和一个波纹状层构成。这导致了尤其合适的2到3个子堆叠的划分。理想地，划分成具有3到7个层的一个堆叠，划分成具有8到14个层的两个堆叠，以及划分成具有超过15个层的3个堆叠。
另外，有利的是，最多达五个、优选地三个层堆叠各自具有最多达七个波纹状金属层和最多达八个平滑金属层。
此外，有利的是，该接触条带在该承载壳体的圆周方向上延伸，其中，该接触条带的部分区域相对于该蜂窝体的中心轴线成角度。这是有利的，以便增加接触条带与承载壳体之间的距离，其方式为使得即使由于震动、热膨胀等引起的接触条带的移动也不会导致接触条带与承载壳体之间的导电接触。
还适宜的是，该接触条带的成角度区域的尺寸被确定成使得该成角度区域的、值高于2500Hz的共振频率处在排气系统的振荡频率之外的范围内。
该接触条带旨在接收可以流过加热盘的整个电流，并且因此必须具有等于或大于通过将厚度乘以形成金属层的箔片的宽度而获得的总和的截面。该厚度(包括补偿减少的冷却表面的余量)基于：
厚度接触条带＝Df×(n波纹状层+1)×300μm
其中校正因子Df可以在0.6与1.5之间。
因此，接触条带的尺寸被确定成使得该接触条带可以承受例如2500Hz的振动载荷而不会被破坏。
为了在此区域中生成尽可能少的热量，优选地使用具有较低特定电阻(优选地小于1.5Ω×mm2/m)的材料。
另外，有利的是，穿过该承载壳体的用于该电接触结构的馈通部具有从外向内锥形渐缩的截面。从外向内锥形渐缩的截面是有利的，因为可以通过将内部导体压入该馈通部中来产生坚实、牢固的固持。随着压入力的增加以及因此内部导体的前进，因此内部导体在馈通部中的固定可能受到影响。
此外，适宜的是，该电接触结构由内部导体形成，该内部导体插入穿透该承载壳体的接纳套筒中，其中，该内部导体通过电绝缘层与该接纳套筒间隔开。这是有利的，以便确保接触条带在内侧的电接触，并且同时避免内部导体与其中固持有接纳套筒的承载壳体之间的电接触。
还优选的是，内部导体和/或接纳套筒具有锥形渐缩的截面。这是尤其有利的，以便允许将内部导体明确地压入到接纳套筒中。取决于对内部导体和接纳套筒的尺寸的确定，可以针对给定的压入力确保内部导体的确切限定的插入深度。
另外，有利的是，该接触条带连接到形成该电接触结构并且馈通该承载壳体的元件，并通过这些元件相对于该承载壳体定位。一方面，这是有利的，以便产生内部导体的固定性(从而避免内部导体的意外松动)，并且另一方面，这是有利的，以便以简单的方式与接触条带进行可靠的电接触并且将该接触条带固定在承载壳体内部。
还适宜的是，该接触条带通过金属/陶瓷钎焊连接而相对于绝缘层以机械固定但电绝缘的方式连接到该承载壳体。
与该方法有关的目的通过具有以下特征的方法来实现。
本发明的示例性实施例涉及一种用于生产具有加热盘的催化转化器的方法，以下步骤是该方法的一部分：
·在该承载壳体中形成凸起部，
·利用陶瓷绝缘层对该凸起部进行涂覆，
·将该接触条带引入由该承载壳体包围的区域中，
·将这些层堆叠钎焊到该接触条带，
·将该电接触结构钎焊或焊接到该接触条带。
这种方法是尤其有利的，以便在承载壳体的内部产生针对接触条带和电绝缘层的接纳区域，而不必利用除了缠绕的层堆叠之外的元件来填充由承载壳体预定的截面积。由承载壳体形成的整个截面积优选地利用缠绕的层堆叠来填充，以便获得可以流过的最大可能的面积，并且因此获得从加热盘到排气流的尽可能最好的热传递。
还有利的是，该绝缘层经受金属化。绝缘层的金属化是有利的，以便能够使用传统方法(诸如焊接或钎焊)实现接触条带到绝缘层的连接。
还适宜的是，该内部导体和该接纳套筒一起压制在该承载壳体上。这是有利的，以便确保内部导体和接纳套筒坚实地彼此连接，并且元件不会意外地分离。
在以下附图说明中描述了本发明的有利发展。
附图说明
在下文中将基于参照附图的示例性实施例详细解释本发明，在附图中：
图1示出了穿过根据本发明的加热盘的示意性截面视图，该加热盘具有用于电接触结构的馈通部以及用于连接多个层堆叠的接触条带；
图2示出了穿过具有内部导体的馈通部的截面视图，该内部导体用于将电流引入到层堆叠中；并且
图3示出了穿过加热盘的进一步的示意性截面视图，其中接触条带具有成角度区域。
具体实施方式
图1示出了穿过加热盘1的截面视图。加热盘1由多个层堆叠2形成，这些层堆叠进而由彼此上下堆叠的平滑金属层和波纹状金属层形成。层堆叠2通过气隙3彼此电绝缘，从而使得电流无法从一个层堆叠2流至下一个层堆叠。
层堆叠2在端部连接到接触条带4。接触条带4本身连接到电导体(未在图1中示出)，该电导体通过馈通部5馈送入加热盘1。
缠绕的层堆叠2和接触条带4被布置在承载壳体6内，该承载壳体包含由层堆叠2形成的加热盘1并且为其提供必要的稳定性。
电流通过馈通部5传输到接触条带4，并且沿箭头7流过层堆叠2。在图1中的示例性实施例中，两个层堆叠2导电地电连接到接触条带4。因此，这两个层堆叠2均匀地承受流过馈通部5的电流。层堆叠2的彼此电绝缘还确保在各自情况下电流都仅沿着相应的层堆叠2流动并且不会不受控制地流入相邻的层堆叠2。这对于确保不存在优先且缩短的电流路径是尤其重要的，这些电流路径可能导致不均匀的温度分布并且因此对加热盘1的效率造成不利影响。
承载壳体6具有径向向外地定向的凸起部8。此凸起部8用于接纳接触条带4以及可能的绝缘区域9。凸起部8优选地使得接触条带4可以被完全地接纳在其中，并且因此由承载壳体6包围的整个截面积可以用于缠绕的层堆叠2或由这些层堆叠形成的加热盘1。
取决于设计，绝缘区域8可以由空气层形成、或者由陶瓷材料层形成，在该空气层中，接触条带4被布置在距承载壳体6足够的距离处。接触条带4优选地通过陶瓷绝缘层相对于承载壳体6被支撑，并且还可能连接到该承载壳体。这增加了加热盘的强度和耐久性。
有利地，馈通部5焊接或钎焊到承载壳体6上，以确保永久固持。
图2示出了穿过如已经在图1中用附图标记5指示的馈通部10的截面视图。
馈通部10具有内部导体11，该内部导体穿过连接到承载壳体的接纳套筒12到达接触条带13。绝缘层14布置在接纳套筒12与内部导体11之间，该绝缘层产生相对于承载壳体的电绝缘。
接触条带13和内部导体11优选地彼此焊接或钎焊。
图2中的示例性实施例示出了内部导体11和接纳套筒12，该内部导体和接纳套筒中的每一者具有向内锥形渐缩的截面。通过将内部导体11推入接纳套筒12中，从而在内部导体11与接纳套筒12之间产生压紧效果。
接纳套筒12与内部导体11的这种设计还确保了接触条带13牢固地固持在其位置，因为由于锥形设计使得内部导体11不会滑入承载壳体的内部区域。
图3示出了接触条带20的替代性设计，该接触条带的构造在其他方面对应于图1的构造。在图3中，为了简洁起见，接触条带20仅连接到一个层堆叠21。然而，可以没有任何问题地连接彼此电绝缘的多个层堆叠。
接触条带20具有成角度区域24，该成角度区域背离承载壳体22径向向内弯曲。这是有利的，因为承载壳体22与接触条带20之间的距离因此增加，其结果是即使没有提供电绝缘层(例如像陶瓷层)，也实现了改善的电绝缘。
可以关于材料选择和尺寸确定对接触条带20(并且尤其是成角度区域24)进行设计，尤其是其方式为使得接触条带20的自然频率处在机动车辆的排气系统中的振动的频谱之外，以避免不期望的共振现象。
这些单独的示例性实施例的不同特征还可以彼此组合。图1至图3的示例性实施例尤其不具有限制性质、并且用于展示本发明的概念。

Claims (12)

1.一种用于对排气流和/或对用于排气后处理的部件进行加热的加热盘(1)，该加热盘：具有蜂窝体，该蜂窝体由彼此上下堆叠的多个平滑金属层和波纹状金属层缠绕而成；具有承载壳体(6，22)，在该承载壳体中接纳有该蜂窝体；并且具有电接触结构，该电接触结构馈通该承载壳体(6，22)，并且该蜂窝体能够经由该电接触结构连接到电流源，其特征在于，在由该承载壳体(6，22)包围的区域中，该电接触结构具有在该承载壳体(6，22)的圆周方向上延伸的接触条带(4，20)，其中，在该承载壳体(6，22)与该接触条带(4，20)之间形成绝缘区域(9)，并且其中，彼此电绝缘的多个层堆叠(2，21)导电地电连接到一个共同的所述接触条带(4，20)，这些层堆叠各自由多个平滑金属层和波纹状金属层形成并且彼此直接相邻地布置，
其中，该承载壳体(6)具有径向向外地定向的凸起部(8)，该凸起部形成针对在圆周方向上延伸的接触条带(4)的接纳部。
2.如权利要求1所述的加热盘(1)，其特征在于，该绝缘区域由气隙形成，或者该绝缘区域(9)由陶瓷绝缘体形成。
3.如权利要求1所述的加热盘(1)，其特征在于，该接触条带(4，20)导电地电连接到最多达三个层堆叠(2，21)。
4.如权利要求3所述的加热盘(1)，其特征在于，最多达三个层堆叠(2，21)各自具有最多达七个波纹状金属层和最多达八个平滑金属层。
5.如权利要求1所述的加热盘(1)，其特征在于，穿过该承载壳体(6)的用于该电接触结构的馈通部(5，10)具有从外向内锥形渐缩的截面。
6.如权利要求5所述的加热盘(1)，其特征在于，该电接触结构由内部导体(11)形成，该内部导体插入穿透该承载壳体的接纳套筒(12)中，其中，该内部导体(11)通过电绝缘层(14)与该接纳套筒(12)间隔开。
7.如权利要求6所述的加热盘(1)，其特征在于，该内部导体(11)和/或该接纳套筒(12)具有锥形渐缩的截面。
8.如权利要求1所述的加热盘(1)，其特征在于，该接触条带(4，20)连接到形成该电接触结构并且馈通该承载壳体(6，22)的元件，并通过这些元件相对于该承载壳体(6，22)定位。
9.如前述权利要求之一所述的加热盘(1)，其特征在于，该接触条带通过金属或陶瓷钎焊连接而相对于绝缘区域以机械固定但电绝缘的方式连接到该承载壳体。
10.一种用于生产具有如前述权利要求1至9中任一项所述的加热盘(1)的催化转化器的方法，其特征在于，以下步骤是该方法的一部分：
■在该承载壳体(6)中形成凸起部(8)，
■利用绝缘区域(9)对该凸起部(8)进行涂覆，
■将该接触条带(4)引入由该承载壳体(6)包围的区域中，
■将这些层堆叠(2)钎焊到该接触条带(4)，
■将该电接触结构焊接到该接触条带(4)。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，该绝缘区域(9)经受金属化。
12.如前述权利要求10和11中任一项所述的方法，其特征在于，内部导体(11)和接纳套筒(12)一起压制在该承载壳体上。
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