DE102016208267A1 - Heating module and method for producing a heating module - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Herstellen eines Heizmoduls (2), insbesondere eines Heizmoduls (2), das zum Beheizen eines Reduktionsmittels in einem Abgasnachbehandlungssystem ausgebildet ist, umfasst die Schritte: (A) Anordnen wenigstens einer Heizwendel (4) zwischen einer ersten Schicht (6) eines elastischen wärmeleitenden Materials und einer zweiten Schicht (8) eines elastischen wärmeleitenden Materials; (B) Schaffen einer verpressten Struktur (15) durch Verpressen der beiden Schichten (6, 8), ohne die beiden Schichten (6, 8) dabei miteinander zu vernetzen; (C) Schaffen einer Schichtstruktur (17) durch Anbringen von jeweils einer Metallplatte (10, 12) auf beiden Seiten der verpressten Struktur; und (D) Umspritzen der Schichtstruktur (17) mit einem erhitzen themoplastischen Material (14), wobei das themoplastische Material (14) eine Temperatur hat, die ausreichend ist, um ein Vernetzen der beiden Schichten (6, 8) zu bewirken.A method for producing a heating module (2), in particular a heating module (2), which is designed for heating a reducing agent in an exhaust aftertreatment system, comprises the steps of: (A) arranging at least one heating coil (4) between a first layer (6) of a elastic heat conductive material and a second layer (8) of an elastic heat conductive material; (B) providing a compressed structure (15) by compressing the two layers (6, 8) without crosslinking the two layers (6, 8) together; (C) providing a layered structure (17) by attaching a respective metal plate (10, 12) on both sides of the compressed structure; and (D) overmolding said layered structure (17) with a heated thermoplastic material (14), said thermoplastic material (14) having a temperature sufficient to cause crosslinking of said two layers (6, 8).
Description
Die Erfindung betrifft ein Heizmodul und Verfahren zum Herstellen eines Heizmoduls, insbesondere eines Heizmoduls, das zum Beheizen eines Reduktionsmittels in einem Abgasnachbehandlungssystem ausgebildet ist.The invention relates to a heating module and method for producing a heating module, in particular a heating module, which is designed for heating a reducing agent in an exhaust aftertreatment system.
Stand der TechnikState of the art
Zum Entsticken der Abgase von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, hat sich die sogenannte SCR-Technik („selective catalytic reduction“) mit einem harnstoffhaltigen Reduktionsmittel bewährt. Dazu wurden Systeme entwickelt, welche die Einhaltung der geforderten Abgasgrenzwerte mit Hilfe definierter Zugabe einer wässrigen Harnstofflösung („AdBlue“®) in den Abgasstrang ermöglichen. Diese Systeme umfassen im Wesentlichen einen Tank für die Harnstofflösung, ein Fördermodul mit einer Filter- und Pumpeneinheit, ein am Abgasstrang montiertes Dosiermodul und ein elektronisches Steuergerät.To de-sting the exhaust gases of internal combustion engines, especially diesel engines, the so-called SCR technique ("selective catalytic reduction") has proven with a urea-containing reducing agent. For this purpose, systems have been developed which enable compliance with the required exhaust gas limit values with the aid of defined addition of an aqueous urea solution ("AdBlue" ® ) into the exhaust gas system. These systems essentially comprise a tank for the urea solution, a delivery module with a filter and pump unit, a dosing unit mounted on the exhaust system and an electronic control unit.
Da die wässrige Harnstofflösung einen relativ hohen Gefrierpunkt hat, der durch Zusatz von Frostschutzmitteln nicht beliebig abgesenkt werden kann, ohne die Funktionsfähigkeit als Reduktionsmittel zu beeinträchtigen, ist es notwendig, den Reduktionsmittelvorrat bei niedrigen Außentemperaturen zu beheizen, um ein Einfrieren des Reduktionsmittels zu verhindern. Since the aqueous urea solution has a relatively high freezing point, which can not be arbitrarily lowered by adding anti-freeze agents without impairing the function as a reducing agent, it is necessary to heat the reducing agent supply at low outside temperatures to prevent freezing of the reducing agent.
Dafür werden üblicherweise elektrische Heizungen eingesetzt. Um das eigentliche Heizelement vor dem Reduktionsmittel zu schützen, sind diese häufig mit einem Kunststoff ummantelt. For this purpose, usually electric heaters are used. In order to protect the actual heating element from the reducing agent, these are often coated with a plastic.
Bei bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Heizelementen für Reduktionsmittelheizungen wird eine Heizwendel, die im Kontakt mit einem Aluminiumkörper steht, mit einem reduktionsmittelresistenten Kunststoff (z.B. HDPE) umspritzt. Für eine effiziente Wärmeübertragung von der Heizwendel an den Aluminiumkörper ist ein direkter Kontakt ohne Luftspalte erforderlich. Um einen solchen guten Kontakt zu gewährleisten, wird eine wärmleitende Gummifolie zwischen den Aluminiumkörper und die Heizwendel eingesetzt. Die Gummifolie dient dazu, Unebenheiten auszugleichen und das Auftreten von Luftspalten zu vermeiden. Durch den Zusatz von wärmeleitenden Füllstoffen kann eine gute Wärmeleitfähigkeit der Gummifolie gewährleistet werden.In previously known methods of manufacturing reductant heater heaters, a heating coil in contact with an aluminum body is overmolded with a reductant-resistant plastic (e.g., HDPE). For efficient heat transfer from the heating coil to the aluminum body, direct contact without air gaps is required. To ensure such good contact, a heat-conducting rubber film between the aluminum body and the heating coil is used. The rubber film is used to compensate for bumps and to avoid the occurrence of air gaps. By adding heat-conductive fillers, a good thermal conductivity of the rubber film can be ensured.
Die Handhabung der wärmleitenden Gummifolie ist nicht einfach und hat einen aufwendigen Herstellungs- und Montageprozess zur Folge.The handling of the heat-conducting rubber film is not easy and has a complex manufacturing and assembly process result.
Es ist daher die Aufgaben der Erfindung, die Herstellung eines Heizmoduls, das eine effiziente Wärmeübertragung ermöglicht, zu vereinfachen.It is therefore the objects of the invention to simplify the manufacture of a heating module which enables efficient heat transfer.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ein Verfahren zum Herstellen eines Heizmoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, insbesondere eines Heizmoduls, das zum Beheizen eines Reduktionsmittels in einem Abgasnachbehandlungssystem ausgebildet ist, umfasst die Schritte:
- (A) Anordnen wenigstens einer Heizwendel zwischen einer ersten Schicht eines elastischen wärmeleitenden Materials und einer zweiten Schicht eines elastischen wärmeleitenden Materials;
- (B) Schaffen einer verpressten Struktur durch Verpressen der beiden Schichten elastischen wärmeleitenden Materials, ohne die beiden Schichten dabei miteinander zu vernetzen;
- (C) Schaffen einer Schichtstruktur durch Anbringen von jeweils einer Metallplatte auf beiden Seiten der verpressten Struktur; und
- (D) Umspritzen der Schichtstruktur mit einem themoplastischen Material, wobei das themoplastische Material eine Temperatur hat, die ausreichend hoch ist, um eine Vernetzung der beiden Schichten des elastischen wärmeleitenden Materials zu bewirken.
- (A) arranging at least one heating coil between a first layer of elastic heat-conducting material and a second layer of elastic heat-conducting material;
- (B) providing a compressed structure by compressing the two layers of elastic thermally conductive material without crosslinking the two layers;
- (C) providing a layered structure by attaching a respective metal plate on both sides of the pressed structure; and
- (D) overmolding the layered structure with a thermoplastic material, wherein the thermoplastic material has a temperature sufficiently high to effect cross-linking of the two layers of the elastic thermally conductive material.
Ein Heizmodul gemäß einen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das insbesondere zum Beheizen eines Reduktionsmittels in einem Abgasnachbehandlungssystem ausgebildet ist, umfasst wenigstens eine Heizwendel, die zwischen einer ersten Schicht eines elastischen wärmeleitenden Materials und einer zweiten Schicht eines elastischen wärmeleitenden Materials angeordnet ist. Die Heizwendel ist dabei sowohl mit der ersten Schicht als auch mit der zweiten Schicht formschlüssig verbunden. Ein erfindungsgemäßes Heizmodul ist insbesondere mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es zuvor beschrieben worden ist, hergestellt worden.A heating module according to an embodiment of the invention, particularly adapted for heating a reducing agent in an exhaust aftertreatment system, comprises at least one heating coil disposed between a first layer of elastic heat-conducting material and a second layer of elastic heat-conducting material. The heating coil is positively connected both with the first layer and with the second layer. A heating module according to the invention has been produced in particular by a method according to the invention as described above.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglicht es, in einem Prozess, der einfach und kostengünstig durchgeführt werden kann, ein Heizmodul herzustellen, das die gewünschten mechanischen Eigenschaften, insbesondere die gewünschte Steifigkeit, aufweist und gleichzeitig eine effektive Wärmeübertragung von der Heizwendel an die Umgebung, insbesondere flüssiges Reduktionsmittel eines Abgasnachbehandlungssystems ermöglicht.A method according to the invention makes it possible, in a process which can be carried out simply and inexpensively, to produce a heating module which has the desired mechanical properties, in particular the desired stiffness, and at the same time an effective heat transfer from the heating coil to the environment, in particular liquid reducing agent Exhaust after-treatment system allows.
In einer Ausführungsform enthalten die erste Schicht und die zweite Schicht jeweils ein gummi- bzw. kautschukhaltiges Material. Die mechanischen und wärmeleitenden Eigenschaften eines gummi- bzw. kautschukhaltigen Materials sind für den Einsatz in einem Heizmodul gut geeignet.In one embodiment, the first layer and the second layer each contain a rubber-containing material. The mechanical and heat-conducting properties of a rubber or rubber-containing material are well suited for use in a heating module.
Die erste Schicht und die zweite Schicht können insbesondere das gleiche Material enthalten bzw. aus dem gleichen Material gemacht sein. Dies ermöglicht es, die Produktionskosten des Heizmoduls zu reduzieren, da nur ein einziges Material beschafft und verarbeitet werden muss. In particular, the first layer and the second layer may contain the same material or be made of the same material. This makes it possible to reduce the production costs of the heating module, since only a single material has to be procured and processed.
In einer Ausführungsform hat das themoplastische Material im Schritt (D) eine Temperatur in einem Bereich von 250 °C bis 300 °C. Ein derartiger Temperaturbereich hat sich als gut geeignet erwiesen, um die erste Schicht und die zweite Schicht miteinander zu vernetzen und so eine formschlüssige Struktur mit den gewünschten mechanischen und thermischen Eigenschaften zu schaffen.In one embodiment, the thermoplastic material in step (D) has a temperature in a range of 250 ° C to 300 ° C. Such a temperature range has proven to be well suited to crosslink the first layer and the second layer together to provide a positive-locking structure with the desired mechanical and thermal properties.
In einer Ausführungsform werden die Schritte (A) und (B) in einem Presswerkzeug, insbesondere einem Kaltpresswerkzeug durchgeführt. In einer Ausführungsform wird der Schritt (D) in einem Spritzgusswerkzeug durchgeführt.In one embodiment, steps (A) and (B) are carried out in a pressing tool, in particular a cold pressing tool. In one embodiment, step (D) is performed in an injection molding tool.
In einer Ausführungsform weist das Heizmodul zusätzlich eine erste Metallplatte und eine zweite Metallplatte auf. Die erste Metallplatte ist auf der von der wenigstens einen Heizwendel abgewandten Seite der ersten Schicht und die zweite Metallplatte ist auf der von der wenigstens einen Heizwendel abgewandten Seite der zweiten Schicht angeordnet. Die Metallplatten verleihen dem Heizmodul die gewünschte mechanische Stabilität und haben eine gute thermische Leitfähigkeit, wodurch eine gute Wärmeübertragung von der Heizwendel an die Umgebung des Heizmoduls ermöglicht wird.In one embodiment, the heating module additionally comprises a first metal plate and a second metal plate. The first metal plate is disposed on the side facing away from the at least one heating coil side of the first layer and the second metal plate is disposed on the side remote from the at least one heating coil side of the second layer. The metal plates impart the desired mechanical stability to the heating module and have good thermal conductivity, allowing good heat transfer from the heating coil to the surroundings of the heating module.
In einer Ausführungsform ist die aus den Metallplatten, der ersten Schicht, der zweiten Schicht sowie der Heizwendel aufgebaute Schichtstruktur von einem thermoplastischen Material umgeben, die das Heizmodul fluiddicht abdichtet. Ein solches Heizmodul kann daher in fluidhaltigen Umgebungen, insbesondere einem Fluidtank, eingesetzt werden, ohne dass eine zusätzliche Abdichtung notwendig ist.In one embodiment, the layer structure composed of the metal plates, the first layer, the second layer and the heating coil is surrounded by a thermoplastic material which seals the heating module in a fluid-tight manner. Such a heating module can therefore be used in fluid-containing environments, in particular a fluid tank, without an additional seal is necessary.
In einer Ausführungsform enthalten die Metallplatten Aluminium. Aluminium weist mechanische und wärmeleitende Eigenschaften auf, die für den Einsatz in einem Heizmodul vorteilhaft sind.In one embodiment, the metal plates contain aluminum. Aluminum has mechanical and heat-conducting properties which are advantageous for use in a heating module.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Figurenbeschreibungfigure description
Die
In der Pressform
Durch Absenken des Pressstempels
Die erste und die zweite Schicht
Die
Die Metallplatten
Das thermoplastische Material
Das thermoplastische Material kann dazu insbesondere auf Temperaturen im Bereich von 250 °C bis 300 °C erhitzt werden.The thermoplastic material can be heated in particular to temperatures in the range of 250 ° C to 300 ° C.
Auf diese Weise wird ein formschlüssiger Verbund zwischen der wenigstens einen Heizwendel
Der auf diese Weise geschaffene formschlüssige Verbund weist Eigenschaften, insbesondere eine hohe Formstabilität, auf, die für die Verwendung des Heizmoduls, insbesondere zum Beheizen des Reduktionsmittels in einem Abgasnachbehandlungssystem, vorteilhaft sind.The positive-locking composite created in this way has properties, in particular high dimensional stability, which are advantageous for the use of the heating module, in particular for heating the reducing agent in an exhaust gas aftertreatment system.
Das beschriebene Verfahren kann schneller und einfacher als herkömmliche Verfahren zur Herstellung entsprechender Heizmodule durchgeführt werden, so dass Produktions- und Kostenvorteile realisiert werden können.The method described can be performed faster and easier than conventional methods for producing corresponding heating modules, so that production and cost advantages can be realized.
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