DE10041955A1 - Vehicle component used as a component for guiding air or exhaust gas comprises a thermoelectric layer formed as part of an electrical heating and/or cooling device and/or device for producing electrical energy from heat - Google Patents

Vehicle component used as a component for guiding air or exhaust gas comprises a thermoelectric layer formed as part of an electrical heating and/or cooling device and/or device for producing electrical energy from heat

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Abstract

Vehicle component comprises a thermoelectric layer (3) formed as part of an electrical heating and/or cooling device and/or device for producing electrical energy from heat arranged on a wall of the component. An Independent claim is also included for an exhaust gas device containing the above component. Preferred Features: An insulating layer (2) and the thermoelectric layer (3) are arranged on the inner side of the wall, the insulating layer being formed as an intermediate layer made of ZrO2 and/or Al2O3. The thermoelectric layer is made of Mg2Si and/or beta -FeSi2.

Description

Die Erfindung betrifft ein multifunktionales Kraftfahrzeugbauteil, insbesonde­ re ein abgas- oder luftführendes Bauteil, sowie eine Abgasanlage und eine Klimaanlage mit einem solchen abgas- bzw. luftführenden Kraftfahrzeug­ bauteil und ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme- und/oder elektrischer Energie mit Hilfe eines solchen Kraftfahrzeugbauteils.The invention relates to a multifunctional motor vehicle component, in particular re an exhaust gas or air-carrying component, as well as an exhaust system and a Air conditioning system with such an exhaust gas or air-carrying motor vehicle Component and a method for generating heat and / or electrical Energy with the help of such a motor vehicle component.

In der Patentschrift DE 43 14 204 C1 ist eine Abgasanlage eines Fahrzeugs beschrieben, wobei die Abgasanlage neben der Abgasleitung einen Abgas­ reiniger und einen Schalldämpfer umfasst. Zur Verringerung der Körper­ schallabstrahlung sind sämtliche Bauelemente der Abgasanlage oder nur einzelne Bauelemente mit einer aus Metallpulver bestehenden Dämpfungs­ schicht versehen. Durch die Beschichtung der gesamten oder nur von Teilen der Abgasanlage wird eine wirksame Geräuschreduzierung der Abgasanlage erzielt.In the patent DE 43 14 204 C1 is an exhaust system of a vehicle described, the exhaust system next to the exhaust pipe an exhaust gas cleaner and includes a silencer. To reduce the body Sound radiation are all components of the exhaust system or only individual components with a damping consisting of metal powder layer. By coating all or only parts the exhaust system is an effective noise reduction of the exhaust system achieved.

Eine weitere Abgasleitung zeigt die DE 197 38 622 A1. Diese Abgasleitung besitzt eine außenseitig angeordnete Wärmeleitschicht, vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, sowie eine innenseitig angeordnete Isolier­ schicht aus einem wärmeisolierenden Werkstoff. Die Isolierschicht und die Wärmeleitschicht sind direkt und kraftschlüssig miteinander verbunden. Another exhaust pipe is shown in DE 197 38 622 A1. This exhaust pipe has an external heat conducting layer, preferably made of a metallic material, as well as an inside insulation layer of a heat-insulating material. The insulating layer and the The heat-conducting layer is directly and non-positively connected to one another.  

Ebenso sind im Stand der Technik doppelwandige Abgasrohre mit einer so­ genannten Luftspaltisolierung bekannt. Hierbei ist der Abgaskrümmer aus einem inneren und äußeren Rohr gefertigt, die konzentrisch zueinander an­ geordnet und durch einen Luftspalt wärmeisolierend voneinander beabstan­ det sind.Also in the prior art are double-walled exhaust pipes with such a air gap insulation known. Here the exhaust manifold is off An inner and outer tube made that are concentric with each other orderly and heat-insulating from each other through an air gap det.

Bei Kraftfahrzeugen mit Katalysatoren wird die Anforderung an den Kataly­ sator gestellt, dass der Katalysator nach einem Kaltstart innerhalb von 1 bis 2 Minuten seine Wirkung voll entfalten soll. Hierzu muss das Rohrinnere der Abgasleitung zwischen Motor und Katalysator oder auch zwischen Heizka­ talysator (Vorkatalysator) und Hauptkatalysator eine entsprechend hohe Temperatur aufweisen. Es dauert demnach eine ganze Weile, um entspre­ chende Wärmeübergänge zwischen den Abgasen und der Abgasleitung zu realisieren. Auch die Erwärmung des Katalysatorgehäuses selbst stellt ein gleichartiges Problem dar. Ähnliche Probleme hinsichtlich der Wärmeüber­ tragung existieren bei Klimaanlagen, bei denen die beispielsweise kalte Luft zur Kühlung der Fahrgastzelle entlang anfangs noch relativ warmer Kanäle geleitet und somit die erwünschte kühle Luft anfangs unnötig durch die Kli­ makanäle erwärmt wird.In the case of motor vehicles with catalytic converters, the requirements for the catalyzer sator that the catalyst after a cold start within 1 to 2 minutes to be fully effective. To do this, the inside of the pipe must be Exhaust pipe between engine and catalytic converter or also between Heizka Talysator (pre-catalyst) and main catalyst a correspondingly high Have temperature. It therefore takes quite a while to correspond appropriate heat transfers between the exhaust gases and the exhaust pipe realize. The heating of the catalytic converter housing itself also stops same problem. Similar heat transfer problems Air conditioning systems, for example, have cold air to cool the passenger compartment along relatively warm canals conducted and thus the desired cool air is initially unnecessary through the Kli macanals is heated.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeugbauteil sowie eine Abgasanlage bzw. eine Klimaanlage sowie ein Verfahren vorzuschlagen, bei denen die oben genannten Nachteile ver­ mieden werden. Allgemein sollen die Wärmevorgänge effizienter gestaltet bzw. die thermischen Phänomene in einem Kraftfahrzeugbauteil besser aus­ genutzt werden. In einem speziellen Teilaspekt der Erfindung soll insbeson­ dere die Wirkung eines Katalysators schneller zur Entfaltung kommen.Based on this prior art, it is an object of the invention to Motor vehicle component and an exhaust system or air conditioning propose a method in which the above disadvantages ver be avoided. In general, the heating processes should be made more efficient or the thermal phenomena in a motor vehicle component better be used. In a special partial aspect of the invention, in particular the effects of a catalyst develop more quickly.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mittels der Merkmale der Ansprüche 1, 14 und 15 (Vorrichtung) sowie mittels der Merkmale des Anspruchs 16 (Verfahren). Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben.This object is achieved by means of the features of claims 1, 14 and 15 (device) and by means of the features of claim 16  (Method). Advantageous embodiments of the invention are in the Unteran sayings described.

Der erfindungsgemäße Gedanke betrifft ein Kraftfahrzeugbauteil, insbeson­ dere ein abgas- oder luftführendes Bauteil, wie zum Beispiel eine Abgaslei­ tung oder dergleichen, welches eine schichtartige Einrichtung zu Heiz- und/oder Kühlzwecken und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie aufweist. Das Kraftfahrzeugbauteil besteht hierbei im Allgemeinen im We­ sentlichen aus Metall, aber auch andere geeignete Materialien sind einsetz­ bar. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbauteil kann ebenfalls mit Vorteil ein Luftführungskanal für eine Klimaanlage sein. Die erfindungsgemäße Schicht kann durchgehend oder anderweitig flächenstrukturiert, abschnitts­ weise oder ganzflächig auf dem Bauteil vorgesehen sein.The idea according to the invention relates to a motor vehicle component, in particular another is an exhaust gas or air-carrying component, such as an exhaust gas duct device or the like, which a layer-like device for heating and / or cooling purposes and / or for generating electrical energy having. The motor vehicle component generally consists of We Significantly made of metal, but also other suitable materials are used bar. The motor vehicle component according to the invention can also be advantageous an air duct for an air conditioning system. The invention Layer can be continuous or otherwise surface-structured, section be provided wisely or over the entire surface of the component.

Insbesondere bei Abgasleitungen besitzt eine erfindungsgemäße schichtarti­ ge Heizeinrichtung den Vorteil, dass die Betriebstemperatur in einer gegen­ über den herkömmlichen Abgasleitungen kürzeren Zeit nach Start des Mo­ tors erreicht wird und die Wirkung des Katalysators in der Abgasableitung schneller einsetzt. Neben der Abgaswärme aufgrund der hindurchgeleiteten Abgase aus einem Verbrennungsmotor wird das Kraftfahrzeugteil mittels der als Wärmequelle fungierenden Heizeinrichtung zusätzlich aufgeheizt. Hier­ durch ergibt sich eine geringfügigere Schadstoffemission der Abgase, da die Abgase nicht zuerst die Abgasleitung erwärmen müssen und der Katalysator somit besser und zügiger zu wirken beginnt. Mit anderen Worten ausge­ drückt bedeutet dies, dass die Eigenwärmekapazität der Metallabgasrohre im Wesentlichen kompensiert wird.In particular in the case of exhaust pipes, a layered article according to the invention has ge heating device the advantage that the operating temperature in a counter over the conventional exhaust pipes shorter time after the start of the Mon tors is reached and the effect of the catalyst in the exhaust system sets in faster. In addition to the exhaust gas heat due to the passed Exhaust gases from an internal combustion engine is the motor vehicle part by means of Heating device functioning as a heat source is additionally heated. here this results in a lower pollutant emission of the exhaust gases, since the Exhaust gases do not have to heat the exhaust pipe and the catalytic converter first thus begins to work better and faster. In other words presses this means that the heat capacity of the metal exhaust pipes is essentially compensated.

Durch die schichtartige Ausbildung der Heiz- und/der Kühleinrichtung und/oder Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie wird eine vo­ luminöse Bauweise des Kraftfahrzeugteils vermieden. Bei einer Abgasleitung wird neben einer Verbesserung des Aufheizverhaltens des Bauteils und ge­ steigerter Katalysatorentfaltung der Einbau des Bauteils in das Fahrzeug erleichtert.Due to the layered design of the heating and / or cooling device and / or device for generating electrical energy is a vo luminous design of the motor vehicle part avoided. With an exhaust pipe  is next to an improvement in the heating behavior of the component and ge increased catalyst development the installation of the component in the vehicle facilitated.

In einer Weiterbildung ist auf der Wandung des Kraftfahrzeugbauteils zu­ sätzlich eine Isoliereinrichtung vorgesehen, die bevorzugt aus gering wär­ meleitenden Keramikwerkstoffen in vorzugsweise schichtweiser oder gra­ dierter Auftragung besteht. Die Isoliereinrichtung dient vornehmlich der Wärmeisolation, so dass das Kraftfahrzeugbauteil nicht nur geheizt wird, sondern darüber hinaus auch eine Wärmedämmung gegen die Umgebung besitzt.In one development, the wall of the motor vehicle component is closed In addition, an insulating device is provided, which would preferably be low conductive ceramic materials in preferably layered or gra dated application exists. The isolation device mainly serves the Thermal insulation so that the motor vehicle component is not only heated, but also thermal insulation against the environment has.

Gemäß einem Teilaspekt der Erfindung stellen die erfindungsgemäße Schicht und ggf. die Isoliereinrichtung Teilschichten eines mehrlagigen Schichtgefüges auf der Wandung des Kraftfahrzeugbauteils, insbesondere auf einer Abgasleitung, dar. Die Mehrlagenbeschichtung kann in unter­ schiedlichsten Flächenstrukturierungen z. B. abschnittsweise oder über die gesamte Oberfläche des Kraftfahrzeugbauteils ausgebildet sein.According to a partial aspect of the invention, the invention Layer and possibly the insulating device sub-layers of a multilayer Layer structure on the wall of the motor vehicle component, in particular on an exhaust pipe. The multi-layer coating can be found under various surface structures z. B. in sections or over the entire surface of the motor vehicle component.

Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Schicht bzw. die Beschichtung bei ei­ nem hohlförmigen Kraftfahrzeugbauteil auf der Innenseite der Wandung vor­ gesehen, so dass die Abgase bzw. die Luft der Schichtoberfläche bzw. Be­ schichtungsoberfläche exponiert sind. Somit werden die in dem Bauteil ge­ führten Abgase (bei einer Abgasleitung) bzw. die Luft (bei einer Klimaanlage) unmittelbar an der Schicht bzw. der Beschichtung vorbeigeführt, so dass der Wärmeaustausch zwischen ihnen optimiert ist.The layer or the coating according to the invention is preferred for egg NEM hollow vehicle component on the inside of the wall seen so that the exhaust gases or the air of the layer surface or Be layer surface are exposed. Thus, the ge in the component led exhaust gases (with an exhaust pipe) or the air (with an air conditioning system) passed directly past the layer or coating so that the Heat exchange between them is optimized.

Die erfindungsgemäße Schicht umfasst bevorzugt mindestens eine thermo­ elektrische Schicht. Mit dieser ist es möglich, elektrische Energie in Wärme­ einenergie und umgekehrt umzuwandeln. Je nach Situation kann also bei­ spielsweise zunächst eine Heizeinrichtung das Bauteil erwärmen und zu einem späteren Zeitpunkt Wärme in elektrische Energie umwandeln, die bei­ spielsweise für einen späteren Heizvorgang gespeichert oder anderweitig genutzt wird.The layer according to the invention preferably comprises at least one thermo electrical layer. With this it is possible to convert electrical energy into heat convert energy and vice versa. So depending on the situation for example, a heating device first heats and closes the component  convert heat into electrical energy at a later time saved for a later heating process or otherwise is being used.

Weiterhin ist bevorzugt mindestens eine Schicht der Mehrlagenbeschichtung auf dem Kraftfahrzeugbauteil als Zwischenschicht zwischen Wandung des Kraftfahrzeugbauteils und der thermoelektrischen Schicht ausgebildet, wobei die Zwischenschicht vorzugsweise die vorgenannte Isoliereinrichtung in Form einer thermischen Isolationsschicht darstellt.Furthermore, at least one layer of the multilayer coating is preferred on the motor vehicle component as an intermediate layer between the wall of the Motor vehicle component and the thermoelectric layer, wherein the intermediate layer preferably the aforementioned insulation device in Form of a thermal insulation layer.

Die Zwischenschicht ist bevorzugt mittels einer Haftschicht befestigt. Wenn die Zwischenschicht an der Wandung des Kraftfahrzeugbauteils angeordnet sein soll, befindet sich somit die Haftschicht zwischen Wandung und Zwi­ schenschicht.The intermediate layer is preferably attached by means of an adhesive layer. If the intermediate layer is arranged on the wall of the motor vehicle component should be, the adhesive layer is between the wall and Zwi rule layer.

Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, dass ein thermoelektrisches Element von der Wandung des Kraftfahrzeugbauteils und mindestens der einen vorerwähnten thermoelektrischen Schicht gebildet ist. Alternativ bilden mindestens ein anderes Bauteil, insbesondere eine weitere Lage der Be­ schichtung, und mindestens die eine vorerwähnte thermoelektrische Schicht ein solches thermoelektrisches Element. Die erwähnte Zwischenschicht ist bei diesen Ausführungsformen bevorzugt zwischen den beiden jeweiligen Schichten des thermoelektrischen Elements angeordnet. Das thermoelektri­ sche Element dient insbesondere zur Erwärmung bzw. Kühlung des Kraft­ fahrzeugbauteils und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie.According to the invention it is particularly provided that a thermoelectric Element of the wall of the motor vehicle component and at least the a aforementioned thermoelectric layer is formed. Form alternatively at least one other component, in particular a further layer of the loading layering, and at least one of the aforementioned thermoelectric layers such a thermoelectric element. The intermediate layer mentioned is in these embodiments, preferably between the two in each case Layers of the thermoelectric element arranged. The thermoelectric cal element is used in particular to heat or cool the force vehicle component and / or for generating electrical energy.

In einer speziellen Ausführungsform des Kraftfahrzeugbauteils mit einem thermoelektrischen Element enthält die Zwischenschicht elektrisch leitfähi­ ges Material wie beispielsweise keramisches Metall wie z. B. Zirkonoxyd (ZrO2) und/oder Aluminiumoxyd (Al2O3) und die thermoelektrische Schicht Metallpulver, vorzugsweise Magnesiumsilicit (Mg2Si) und/oder Eisensilicit ((β-)FeSi2). Auf das Kraftfahrzeugbauteil wird hierbei zunächst beispielswei­ se Zirkonoxyd als isolierende Zwischenschicht aufgetragen. Im Anschluss daran werden thermoelektrische Materialien, wie z. B. das erwähnte Eisensi­ licit oder Magnesiumsilicit, auf die Isolationsschicht aufgebracht. Diese Mate­ rialien können durch Aufsintern oder Flamm- bzw. Plasmaspritzen auf das Kraftfahrzeugbauteil schichtweise oder gradiert aufgetragen werden. Dar­ über hinaus sind auch weitere geeignete Auftragungsmöglichkeiten, z. B. Rotationsgießverfahren, anwendbar. Der beschriebene Schichtaufbau bildet zusammen mit der metallischen Wandung und geeigneten Anschlusskon­ takten das thermoelektrische Element.In a special embodiment of the motor vehicle component with a thermoelectric element, the intermediate layer contains electrically conductive material such as, for example, ceramic metal, such as. B. zirconium oxide (ZrO 2 ) and / or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and the thermoelectric layer metal powder, preferably magnesium silicate (Mg 2 Si) and / or iron silicate ((β-) FeSi 2 ). For example, zirconium oxide is first applied to the motor vehicle component as an insulating intermediate layer. Thereafter, thermoelectric materials such. B. the mentioned Eisensi licit or magnesium silicate, applied to the insulation layer. These materials can be applied in layers or gradations by sintering or flame or plasma spraying onto the motor vehicle component. In addition, other suitable application options, such. B. rotational molding process applicable. The layer structure described forms, together with the metallic wall and suitable connection contacts, the thermoelectric element.

Das von der Wandung und den Schichten entlang der Abgasleitung ausge­ bildete thermoelektrische Element dient zur Katalysatorvorheizung in der Startphase eines Fahrzeuges. Außerdem kann im Dauerbetrieb des Fahr­ zeugmotors eine Umwandlung von thermischer Energie der Abgaswärme in elektrische Energie erfolgen.That from the wall and the layers along the exhaust pipe formed thermoelectric element is used for catalyst preheating in the Starting phase of a vehicle. In addition, the continuous operation of the driving zeugmotors a conversion of thermal energy of the exhaust heat into electrical energy.

Durch die Kombination von thermischer Isolation mit Thermoelektrizitätsei­ genschaften wird der Wirkungsgrad der Abgasanlage deutlich erhöht. Insge­ samt wird im Rahmen des Gegenstands der Erfindung eine Katalysatorvor­ heizung in der Startphase, eine Wärmeisolation des Abgases und ein Schutz gegen Heißgaskorrosion realisiert. Zudem ist die Umwandlung von Wärme­ energie in elektrische Energie realisierbar, indem die Hitze der Abgase mit Hilfe des thermoelektrischen Elements zur Erzeugung und Speicherung von elektrischer Energie bzw. zum Antrieb elektrischer Geräte im Fahrzeug ein­ gesetzt wird. Die Umsetzung dieser Multifunktionalität einer Abgasanlage ist vorteilhafterweise in einer Innenbeschichtung des Abgasrohres vorgesehen, um Bauraum einzusparen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbauteil, ins­ besondere als Abgasrohr einer Abgasleitung, ist hierbei zwischen Motor und Katalysator und/oder zwischen Vorkatalysator und ei­ nem weiteren (Haupt)-Katalysator angeordnet. Hierdurch wird gegenüber herkömmlichen Abgasleitungen eine kürzere Zeitdauer bis zur vollen Entfal­ tung des Katalysators nach einem Motorstart erzielt.By combining thermal insulation with thermoelectricity egg properties, the efficiency of the exhaust system is significantly increased. IMP EXP together is a catalyst in the context of the subject of the invention heating in the start-up phase, thermal insulation of the exhaust gas and protection against hot gas corrosion. In addition, the conversion of heat Energy can be realized in electrical energy by using the heat of the exhaust gases Using the thermoelectric element to generate and store electrical energy or to drive electrical devices in the vehicle is set. The implementation of this multifunctionality is an exhaust system advantageously provided in an inner coating of the exhaust pipe, to save installation space. The motor vehicle component according to the invention, ins special as an exhaust pipe of an exhaust pipe is here  between engine and catalytic converter and / or between pre-catalytic converter and egg nem arranged another (main) catalyst. This will counter conventional exhaust pipes a shorter period of time until full elimination device achieved after starting the engine.

Außerdem ist - insbesondere im Falle eines abgasführenden Bauteils - vor­ teilhafterweise die in den Innenraum des abgasführenden Bauteils gerichtete Oberfläche der Beschichtung gegen Korrosion, insbesondere Heißgaskorro­ sion, unempfindlich ausgebildet.In addition - especially in the case of an exhaust gas-carrying component geous that directed into the interior of the exhaust gas-carrying component Surface of the coating against corrosion, especially hot gas corrosion sion, trained insensitive.

Neben der bereits erwähnten Funktion als Katalysatorvorheizung in der Startphase und als Umwandler von thermischer in elektrische Energie erfüllt die Beschichtung des thermoelektrischen Elements weitere Funktionen.In addition to the already mentioned function as a catalyst preheater in the Start phase and fulfilled as a converter from thermal to electrical energy the coating of the thermoelectric element has other functions.

Durch eine entsprechende Auswahl an Materialien wird die Beschichtung der Innenwandung des Abgasrohres gegen die so genannte Heißgaskorrosion geschützt. Außerdem ist durch die thermoelektrische Schicht kein Hitze­ schutz erforderlich, da die Beschichtung auch thermisch isolierend wirken kann.The coating of the Inner wall of the exhaust pipe against so-called hot gas corrosion protected. In addition, there is no heat due to the thermoelectric layer Protection is required because the coating also has a thermally insulating effect can.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, zu dessen Durchführung sich insbesondere das oben beschriebene Kraftfahrzeugbauteil eignet, kann ins­ besondere Wärmeenergie in einem Kraftfahrzeugbauteil und speziell in ei­ nem Abgasrohr oder auch in einem Katalysatorgehäuse erzeugt werden, wobei mittels einer Heizeinrichtung das Kraftfahrzeugteil erwärmt wird. Ande­ rerseits kann Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Aufgrund der thermoelektrischen Generatorik kann hierbei unter Nutzung des umgekehrten Seebeck-Effekts das thermoelektrische Element als Zu­ satzversorger für elektrische Geräte des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Zunächst kann hierzu während und/oder nach dem Starten des Motors das Kraftfahrzeugbauteil erwärmt werden. Nach einem vorbestimmten Zeitpunkt nach Motorstart, insbesondere wenn der Katalysator seine Betriebstempe­ ratur erreicht bzw. überschritten hat, ist es dann möglich, mittels des thermo­ elektrischen Elements elektrische Energie zu erzeugen, indem die Abgase entlang des beschichteten Kraftfahrzeugbauteils geleitet werden und deren Wärmeenergie in elektrische Energie transformiert wird.According to the method of the invention, its implementation In particular, the motor vehicle component described above is suitable special thermal energy in a motor vehicle component and especially in egg be generated in an exhaust pipe or in a catalytic converter housing, wherein the motor vehicle part is heated by means of a heating device. Ande on the other hand, thermal energy can be converted into electrical energy. Due to the thermoelectric generators can be used here the reverse Seebeck effect the thermoelectric element as Zu set supplier for electrical devices of the motor vehicle are used. First, this can be done during and / or after starting the engine Motor vehicle component are heated. After a predetermined time after starting the engine, especially when the catalytic converter is at operating temperature  reached or exceeded temperature, it is then possible to use the thermo electrical element to generate electrical energy by the exhaust gases are passed along the coated motor vehicle component and their Thermal energy is transformed into electrical energy.

Alternativ kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Küh­ lung eines Kraftfahrzeugbauteils realisiert werden, wobei dieses Verfahren insbesondere zur Kühlung von Klimakanälen mit Vorteil einsetzbar ist, um durchströmende Luft ggf. zusätzlich zu kühlen bzw. eine unerwünschte Er­ wärmung dieser Luftmengen aufgrund des Kontaktes mit den noch anfangs warmen Luftkanälen zu vermeiden.Alternatively, by means of the method according to the invention, a cooler tion of a motor vehicle component can be realized, this method is particularly useful for cooling air conditioning ducts air flowing through, if necessary, additionally cool or an undesirable Er heating of these air volumes due to the contact with the air at the beginning to avoid warm air ducts.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment in the Drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Abgasleitung mit Abgasrohr und Katalysator und Fig. 1 is a schematic view of an exhaust pipe with exhaust pipe and catalyst and

Fig. 2 eine gebrochene Schnittansicht einer Wandung des Abgas­ rohrs gemäß der Fig. 1 mit zwei aufgetragenen Schichten. Fig. 2 is a broken sectional view of a wall of the exhaust pipe according to FIG. 1 with two layers applied.

In Fig. 1 ist schematisch ein als Abgasleitung 10 ausgebildetes Kraftfahr­ zeugbauteil 10 für Fahrzeuge dargestellt. Die Abgasleitung 10 weist ein Ka­ talysatorgehäuse 12 mit einem Katalysator auf, das über ein Abgasrohr 14 mit einem Verbrennungsmotor 16 verbunden ist. Die Strömungsrichtung der Abgase ist durch Pfeile gekennzeichnet. In einer nicht dargestellten Variante kann stromaufwärts vor dem Katalysatorgehäuse 12 ein Vorkatalysator bzw. ein Heizkatalysator zusätzlich angeordnet sein. In Fig. 1 is designed as an exhaust pipe 10 motor vehicle component 10 is shown for vehicles. The exhaust line 10 has a catalyst housing 12 with a catalytic converter which is connected to an internal combustion engine 16 via an exhaust pipe 14 . The direction of flow of the exhaust gases is indicated by arrows. In a variant not shown, a pre-catalytic converter or a heating catalytic converter can additionally be arranged upstream of the catalytic converter housing 12 .

Fig. 2 zeigt eine gebrochene Schnittansicht des Abgasrohrs 14 (Fig. 1) im vergrößerten Ausschnitt. Das Abgasrohr 14 weist eine Wandung 1 auf, auf der innenseitig eine Zwischenschicht 2 mit Hilfe einer Haftschicht 6 und eine thermoelektrische Schicht 3 aufgetragen sind. Die Schicht 3 besitzt vorteil­ hafterweise elektrisch aktive Eigenschaften. Darüber hinaus kann sie in al­ ternativen Ausführungsformen einen gradierten Aufbau aufweisen. Neben der hier dargestellten zweilagigen Beschichtung 2, 3 (die Haftschicht 6 ist hierbei zur Zwischenschicht 2 gezählt) auf der Wandung 1 des Abgasrohres 14 sind ohne Beschränkungen der Erfindung auch mehrlagige oder gradier­ te, das heißt mit kontinuierlichen Konzentrationsänderungen ausgeführte Beschichtungen realisierbar. FIG. 2 shows a broken sectional view of the exhaust pipe 14 ( FIG. 1) in an enlarged detail. The exhaust pipe 14 has a wall 1 , on the inside of which an intermediate layer 2 is applied with the aid of an adhesive layer 6 and a thermoelectric layer 3 . Layer 3 advantageously has electrically active properties. In addition, it can have a graded structure in alternative embodiments. In addition to the two-layer coating 2 , 3 shown here (the adhesive layer 6 is counted among the intermediate layer 2 ) on the wall 1 of the exhaust pipe 14 , multilayer or graded te, that is to say coatings which are carried out with continuous changes in concentration, can also be implemented without any restrictions on the invention.

Die Zwischenschicht 2 ist vorzugsweise als thermische Isolierschicht ausge­ bildet und enthält elektrisch leitfähige Materialien, beispielsweise Zirkonoxyd oder Aluminiumoxyd, die durch z. B. Flamm- bzw. Plasmaspritzen oder im Rotationssinterverfahren auf eine konventionelle Haftschicht wie beispiels­ weise eine MCrAIY-Schicht aufgebracht wird. Die thermoelektrische Schicht 3 enthält vorteilhafterweise die metallischen Materialien Eisensilicit FeSi2 und/oder Magnesiumsilicit Mg2Si. Durch die thermoelektrische Schicht 3 auf der Wandung 1 des Abgasrohres 14 wird die erfindungsgemäße elektrische Heiz- und/oder Kühleinrichtung bzw. die Einrichtung zur Erzeugung elektri­ scher Energie realisiert. Die isolierende Zwischenschicht 2 wirkt hierbei als thermische Isoliereinrichtung.The intermediate layer 2 is preferably formed as a thermal insulating layer and contains electrically conductive materials, for example zirconium oxide or aluminum oxide, which by z. B. flame or plasma spraying or in a rotary sintering process on a conventional adhesive layer such as an MCrAIY layer is applied. The thermoelectric layer 3 advantageously contains the metallic materials iron silicate FeSi 2 and / or magnesium silicate Mg 2 Si. Through the thermoelectric layer 3 on the wall 1 of the exhaust pipe 14 , the inventive electrical heating and / or cooling device or the device for generating electrical energy is realized. The insulating intermediate layer 2 acts as a thermal insulation device.

Außerdem sind zur Ausbildung eines thermoelektrischen Elements die Wan­ dung 1 und die thermoelektrische Schicht 3 mit Elektroden 4, 5 versehen. Durch eine entsprechende Wahl der Polarität wird das Abgasrohr 14 bei Start des Motors 16 erwärmt. Nach einer gewissen Zeitdauer im Dauerbe­ trieb kann durch das thermoelektrische Element 1, 3 ein Teil der Wärme­ energie der vorbeigeleiteten Abgase entzogen werden und damit Strom er­ zeugt werden, der über die Elektroden 4, 5 abgreifbar ist. In addition, the wall 1 and the thermoelectric layer 3 are provided with electrodes 4 , 5 to form a thermoelectric element. The exhaust pipe 14 is heated when the engine 16 is started by a corresponding choice of polarity. After a certain period of continuous operation, part of the heat energy of the bypassed exhaust gases can be removed by the thermoelectric element 1 , 3 and thus electricity can be generated which can be tapped via the electrodes 4 , 5 .

Das thermoelektrische Element, gebildet von der Wandung 1 und der ther­ moelektrischen Schicht 3, kann entlang der gesamten Länge des Abgasroh­ res 14 ausgebildet sein. Ebenso kann die Heizeinrichtung 3 abschnittsweise entsprechend den Anforderungen an die Abgasleitung 10 ausgebildet sein.The thermoelectric element, formed by the wall 1 and the thermoelectric layer 3 , can be formed along the entire length of the exhaust pipe 14 . The heating device 3 can also be designed in sections in accordance with the requirements for the exhaust gas line 10 .

Es ist ebenfalls möglich, dass ein Katalysator bzw. ein Katalysatorgehäuse - wie das durch das Bezugszeichen 12 gekennzeichnete - mit einer Heizein­ richtung 3 (bzw. einem thermoelektrischen Element 1, 3) versehen ist. Mittels der Erfindung kann dann ein schnelleres Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysators erzielt werden.It is also possible that a catalytic converter or a catalytic converter housing - such as that identified by reference numeral 12 - is provided with a heating device 3 (or a thermoelectric element 1 , 3 ). The invention can then be used to reach the operating temperature of the catalyst more quickly.

Die auf einem Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere der Abgasleitung 10, aus­ gebildete erfindungsgemäße Beschichtung 2, 3 ist multifunktional und kann nach dem Vorgenannten viele Aufgaben erfüllen, insbesondere eine Wär­ meisolierung, die Heizung bzw. Kühlung des Rohrinnenbereiches und die Lieferung von elektrischer Energie im Dauerbetrieb.The on a motor vehicle component, in particular the exhaust pipe 10 , formed from the coating 2 , 3 according to the invention is multifunctional and can perform many tasks according to the above, in particular heat insulation, heating or cooling of the pipe interior and the supply of electrical energy in continuous operation.

Claims (18)

1. Kraftfahrzeugbauteil (10), insbesondere abgas- oder luftführendes Bauteil, gekennzeichnet durch mindestens eine auf einer Wandung (1) des Kraftfahrzeugbauteils (10) angeordnete Schicht (3), welche als Teil einer elektrischen Heiz- und/oder Kühleinrichtung und/oder Einrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wärme ausgebildet ist.1. Motor vehicle component ( 10 ), in particular exhaust gas or air-carrying component, characterized by at least one layer ( 3 ) arranged on a wall ( 1 ) of the motor vehicle component ( 10 ), which is part of an electrical heating and / or cooling device and / or device is designed to generate electrical energy from heat. 2. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Wandung (1) zusätzlich eine Isoliereinrichtung (2) ange­ ordnet ist, die vorzugsweise schichtartig ausgebildet ist.2. Motor vehicle component ( 10 ) according to claim 1, characterized in that on the wall ( 1 ) additionally an insulating device ( 2 ) is arranged, which is preferably formed in layers. 3. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine mehrlagige oder gradierte Beschichtung (2, 3) auf der Wandung (1) ausgebildet ist, welche die Schicht (3) und ggf. die Isoliereinrichtung (2) umfasst.3. Motor vehicle component ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that a multilayer or graded coating ( 2 , 3 ) is formed on the wall ( 1 ), which the layer ( 3 ) and possibly the insulating device ( 2 ) includes. 4. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach Anspruch 3, wobei das Kraftfahrzeug­ bauteil (10) hohlförmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) bzw. die Beschichtung (2, 3) auf der Innenseite der Wandung (1) angeordnet ist. 4. Motor vehicle component ( 10 ) according to claim 3, wherein the motor vehicle component ( 10 ) is hollow, characterized in that the layer ( 3 ) or the coating ( 2 , 3 ) is arranged on the inside of the wall ( 1 ). 5. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Schicht (3) als thermoelektrische Schicht (3) ausgebildet ist.5. Motor vehicle component ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer ( 3 ) is designed as a thermoelectric layer ( 3 ). 6. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Isoliereinrichtung (2) als thermisch iso­ lierende Zwischenschicht (2) zwischen der Wandung (1) und der ther­ moelektrischen Schicht (3) ausgebildet ist.6. Motor vehicle component ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the insulating device ( 2 ) is designed as a thermally insulating intermediate layer ( 2 ) between the wall ( 1 ) and the thermoelectric layer ( 3 ). 7. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) mittels einer Haftschicht (6) an der Wan­ dung (1) oder einer anderen Schicht der Beschichtung (2, 3) befestigt ist.7. Motor vehicle component ( 10 ) according to claim 6, characterized in that the intermediate layer ( 2 ) by means of an adhesive layer ( 6 ) on the wall ( 1 ) or another layer of the coating ( 2 , 3 ) is attached. 8. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Zwischenschicht (2) aus einem keramischen Werk­ stoff, vorzugsweise Metall enthaltend, besteht.8. Motor vehicle component ( 10 ) according to claim 6 or 7, characterized in that the intermediate layer ( 2 ) consists of a ceramic material, preferably containing metal. 9. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) Zirkonoxyd (ZrO2) und/oder Aluminium­ oxyd (Al2O3) enthält.9. Motor vehicle component (10) according to claim 8, characterized in that the intermediate layer (2) comprises zirconium oxide (ZrO 2) and / or aluminum oxide (Al 2 O 3). 10. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die thermoelektrische Schicht (3) Magne­ siumsilicit (Mg2Si) und/oder Eisensilicit ((β-)FeSi2) enthält. 10. Motor vehicle component ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermoelectric layer ( 3 ) contains magnesium silicate (Mg 2 Si) and / or iron silicate ((β-) FeSi 2 ). 11. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach einem Ansprüche 6 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Zwischenschicht (2) und/oder die thermoelektri­ sche Schicht (3) mittels Aufsintern, Flamm- bzw. Plasmaspritzen oder im Rotationsgießverfahren aufgebracht werden.11. Motor vehicle component ( 10 ) according to one of claims 6 to 10, characterized in that the intermediate layer ( 2 ) and / or the thermoelectric layer ( 3 ) are applied by means of sintering, flame or plasma spraying or in a rotary casting process. 12. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach einem Ansprüche 5 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass mindestens die eine thermoelektrische Schicht (3) mit der Wandung (1) oder einem anderen Teil, vorzugsweise einer weiteren Schicht der Beschichtung (2, 3), ein thermoelektrisches Ele­ ment (1, 3) bildet.12. Motor vehicle component ( 10 ) according to one of claims 5 to 11, characterized in that at least one thermoelectric layer ( 3 ) with the wall ( 1 ) or another part, preferably a further layer of the coating ( 2 , 3 ) thermoelectric element ( 1 , 3 ) forms. 13. Kraftfahrzeugbauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die freie Oberfläche der Schicht (3) oder der Beschichtung (2, 3) derart ausgebildet ist, dass sie gegen Korrosion unempfindlich ist.13. Motor vehicle component ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the free surface of the layer ( 3 ) or the coating ( 2 , 3 ) is designed such that it is insensitive to corrosion. 14. Abgasanlage mit einem als Abgasleitung (10) ausgebildeten Kraftfahr­ zeugbauteil (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Schicht (3) auf der Innenseite einer Wandung (1) eines Abgasrohres (14) der Abgasleitung (10) zwischen Motor (16) und Katalysatorgehäuse (12) und/oder zwischen Vorkatalysator und Hauptkatalysator oder auf der Innenseite einer Wandung eines Kataly­ satorgehäuses (12) der Abgasleitung (10) ausgebildet ist.14. Exhaust system with a trained as an exhaust gas line (10) Automotive generating component (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer (3) on the inside of a wall (1) of an exhaust pipe (14) of the exhaust conduit (10) is formed between the engine ( 16 ) and the catalyst housing ( 12 ) and / or between the pre-catalyst and the main catalyst or on the inside of a wall of a catalyst housing ( 12 ) of the exhaust line ( 10 ). 15. Klimaanlage mit einem Kraftfahrzeugbauteil (10) nach einem der An­ sprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug­ bauteil (10) als Luftkanal zur Führung von Luft ausgebildet ist. 15. Air conditioning system with a motor vehicle component ( 10 ) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the motor vehicle component ( 10 ) is designed as an air duct for guiding air. 16. Verfahren zur Erzeugung von Wärme- und/oder elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere einem Kraftfahrzeugbauteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine auf der Wandung (1) des Kraftfahrzeugbauteils (10) angeordnete Schicht (3) zur Erwär­ mung und/oder Kühlung des Kraftfahrzeugbauteils (10) und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie dient.16. A method for generating heat and / or electrical energy in a motor vehicle component, in particular a motor vehicle component ( 10 ) according to one of claims 1 to 13, wherein a on the wall ( 1 ) of the motor vehicle component ( 10 ) arranged layer ( 3 ) for Heating and / or cooling of the motor vehicle component ( 10 ) and / or for generating electrical energy. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugbauteil (10) mit Hilfe der Schicht (3) insbesondere wäh­ rend und/oder nach dem Start des Kraftfahrzeugmotors (16) erwärmt wird.17. The method according to claim 16, characterized in that the motor vehicle component ( 10 ) with the help of the layer ( 3 ) in particular during and / or after the start of the motor vehicle engine ( 16 ) is heated. 18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem vorbestimmten Zeitpunkt nach dem Motorstart mittels des thermoelektrischen Elements (1, 3) Wärmeenergie aus entlang des be­ schichteten Kraftfahrzeugbauteils (10) geleiteten Abgasen in elektri­ sche Energie umgewandelt wird.18. The method according to claim 16 or 17, characterized in that after a predetermined time after starting the engine by means of the thermoelectric element ( 1 , 3 ), thermal energy from exhaust gases guided along the coated motor vehicle component ( 10 ) is converted into electrical energy.
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