DE102018200463A1 - Heizelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Heizelement (1) zur Erwärmung einer Komponente zur Abgasnachbehandlung unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes, wobei das Heizelement (1) einen unbeheizten Endbereich (3), und einen beheizten Endbereich (5) aufweist, wobei die beiden Endbereiche (3, 5) von einem Zwischenbereich (4) getrennt sind, wobei der Zwischenbereich (4) aus einem thermisch isolierenden Material gebildet ist, um einen Wärmefluss vom beheizten Endbereich (5) zum unbeheizten Endbereich (3) zu minimieren.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Heizelement zur Erwärmung einer Komponente zur Abgasnachbehandlung unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes, wobei das Heizelement einen unbeheizten Endbereich, und einen beheizten Endbereich aufweist, wobei die beiden Endbereiche von einem Zwischenbereich getrennt sind.
  • Stand der Technik
  • Zur Erwärmung von Komponenten zur Abgasnachbehandlung sind stromdurchflossene Leiter bekannt, die unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes Wärme erzeugen. Insbesondere sind sogenannte Heizpatronen bekannt, welche oftmals zylinderförmig ausgebildet sind und im Inneren einen stromdurchflossenen Leiter aufweisen.
  • Nachteilig an den im Stand der Technik bekannten Heizpatronen ist insbesondere, dass die Wärmeabgabe undifferenziert stattfindet und somit nicht nur die gewünschten Bereiche in der Komponenten zur Abgasnachbehandlung erwärmt werden. Dadurch steigen die Verluste an, wodurch die Beheizung ineffizient wird. Wärmeverluste entstehen insbesondere durch die Erwärmung des Gehäuses der Komponente zur Abgasnachbehandlung und durch die Erwärmung der Gehäuseteile der Heizpatrone.
  • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Heizelement zu schaffen, welches eine zielgerichtete Erwärmung einer Komponente zur Abgasnachbehandlung ermöglicht und somit dazu beiträgt die Wärmeverluste zu minimieren.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Heizelementes wird durch ein Heizelement mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Heizelement zur Erwärmung einer Komponente zur Abgasnachbehandlung unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes, wobei das Heizelement einen unbeheizten Endbereich, und einen beheizten Endbereich aufweist, wobei die beiden Endbereiche von einem Zwischenbereich getrennt sind, wobei der Zwischenbereich aus einem thermisch isolierenden Material gebildet ist, um einen Wärmefluss vom beheizten Endbereich zum unbeheizten Endbereich zu minimieren.
  • Der thermisch isolierende Zwischenbereich dient dazu den Wärmefluss vom beheizten Endbereich hin zu dem unbeheizten Endbereich zu minimieren und besonders vorteilhaft vollständig zu unterbinden. Dadurch soll verhindert werden, dass die vom Heizelement erzeugte Wärme ungenutzt zur unbeheizten Seite des Heizelements fließt und von dort in die Umgebung abgestrahlt wird oder ungewollt umliegende Komponenten erwärmt. Zu diesen umliegenden Komponenten kann beispielsweise das Gehäuse eines Wabenkörpers gehören, in welchen das Heizelement eingesetzt ist.
  • Idealerweise strahlt das Heizelement die von ihm erzeugte Wärme direkt und ausschließlich in die zu erwärmende Struktur, beispielsweise den Wabenkörper ab. Auf diese Weise werden ungewollte Wärmeverluste vermieden und somit wird die Aufheizung der zu erwärmenden Strukturen effizienter.
  • Das Heizelement kann ein Gehäuse aufweisen, in welchem das thermisch isolierende Material angeordnet ist. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Heizelement im Zwischenbereich auch vollständig aus dem thermisch isolierenden Material gefertigt sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der thermisch isolierende Bereich aus einem keramischen Material, wie beispielsweise Al2O3 gebildet ist. Eine Keramik ist vorteilhaft, da diese einfach an die jeweiligen Formerfordernisse angepasst werden kann und eine sehr gute thermische Isolation erreicht werden kann.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn das Heizelement eine kanalartige Führung durch den unbeheizten Endbereich, den Zwischenbereich und in den beheizten Endbereich hinein aufweist, durch welchen ein elektrischer Leiter geführt ist. Der unbeheizte Bereich und der Zwischenbereich weisen in Ihrem Inneren idealerweise eine kanalartige Führung auf, um den elektrischen Leiter, der zur Erwärmung mit Strom durchflossen wird, in den beheizten Bereich zu führen. Durch die Führung des elektrischen Leiters im Inneren des Heizelementes kann eine besonders kompakte Bauform des Heizelementes erreicht werden. Gleichzeitig ist der elektrische Leiter vor Beschädigungen geschützt.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material, welches den Zwischenbereich bildet, sowohl thermisch isolierend als auch elektrisch isolierend ausgebildet ist. Über die zusätzliche Eigenschaft, dass der Zwischenbereich auch elektrisch isolierende Eigenschaften hat, kann sichergestellt werden, dass das Heizelement gegenüber den umliegenden Strukturen, wie beispielsweise dem Gehäuse eines Wabenkörpers, in welchen das Heizelement über Montagemittel am unbeheizten Endbereich fixiert werden kann, auch elektrisch isoliert ist. Dadurch können Kurzschlüsse und Energieverluste durch fehlgeleitete Ströme vermieden werden.
  • Bevorzugt ist der elektrische Leiter im Inneren des Heizelementes elektrisch isoliert gegenüber dem restlichen Heizelement. Dies trifft zumindest auf den Bereich zu, in welchem der elektrische Leiter durch den unbeheizten Endbereich geführt ist. Hierdurch sollen Kurzschlüsse mit dem unbeheizten Endbereich und somit auch den umliegenden Strukturen vermieden werden.
  • Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Wärmeabgabe vom beheizten Endbereich hin zur Umgebung ausschließlich in radialer Richtung des Heizelementes und in axialer Richtung weg vom Zwischenbereich erfolgt.
  • Dies ist vorteilhaft, da somit die gesamte erzeugte Wärme in die Strukturen geleitet wird, die tatsächlich erwärmt werden sollen. Ein Wärmeabfluss hin zum unbeheizten Endbereich wird durch den thermischen Isolator im Zwischenbereich unterbunden beziehungsweise weitestgehend minimiert. Sofern das Heizelement beispielsweise in einem metallischen Wabenkörper angeordnet ist, ist das primäre Ziel die Erwärmung der die Strömungskanäle ausbildenden Metallfolien, so dass insbesondere die Bereiche des Wabenkörpers erwärmt werden, an denen die katalytische Umwandlung des vorbeiströmenden Abgases stattfinden soll.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Heizelement an seinem unbeheizten Endbereich Montagemittel aufweist, mit welchen es an dem Gehäuse der Komponente zur Abgasnachbehandlung fixierbar ist. Dies ist vorteilhaft, da somit die Verbindung zwischen dem Heizelement und denen das Heizelement umgebenden Strukturen, wie beispielsweise dem Gehäuse eines Wabenkörpers, an einer Stelle erzeugt wird, zu welcher kein oder nur ein sehr minimaler Wärmefluss stattfindet. Somit können die Wärmeverluste minimiert werden.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Komponente zur Abgasnachbehandlung durch einen metallischen Wabenkörper gebildet ist der eine Kaverne aufweist, in welche das Heizelement einsteckbar ist. Ein metallischer Wabenkörper besteht bevorzugt aus einer Mehrzahl von glatten und profilierten Metallfolien, welche aufeinandergestapelt und aufgewickelt sind. Durch das Heizelement, welches in eine Kaverne eingesteckt ist, können die Metallfolien besonders einfach und direkt beheizt werden, so dass eine schnelle und effiziente Erwärmung des Wabenkörpers gewährleistet ist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • 1 eine schematische Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Heizelement.
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Heizelementes 1, welches in einen Wabenkörper 2 eingesetzt ist. Der Wabenkörper 2 ist hier nur angedeutet, insbesondere die die Wabenstruktur ausbildenden Metallfolien sind nicht dargestellt.
  • Das Heizelement 1 weist drei Bereiche auf. Den äußeren unbeheizte Endbereich 3, den Zwischenbereich 4 und den beheizten Endbereich 5. Der Zwischenbereich 4 ist aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Material gebildet, so dass die Wärme, welche im beheizten Endbereich 5 erzeugt wird, nicht oder nur in sehr geringen Mengen hin zum unbeheizten Endbereich 3 fließen kann.
  • Der beheizte Endbereich 5 wird von einem stromdurchflossenen Leiter 6 erwärmt. Der stromdurchflossene Leiter 6 ist in einer kanalartigen Struktur 7 auch durch den unbeheizten Endbereich 3 und den Zwischenbereich 4 geführt. Gegenüber dem unbeheizten Endbereich 3 ist der stromdurchflossene Leiter 6 idealerweise elektrisch isoliert.
  • Das Heizelement 1 ist über einen Flansch 8 an dem Gehäuse des Wabenkörpers 2 befestigt. Somit entsteht kein Pfad über welchen die vom Heizelement 1 erzeugt Wärme direkt in das Gehäuse des Wabenkörpers 2 fließen könnte. Die Wärme wird von dem beheizten Endbereich 5 im Wesentlichen in radialer Richtung hin zum Wabenkörper 2 beziehungsweise den nicht gezeigten Strömungskanälen des Wabenkörpers 2 abgegeben. Weiterhin kann Wärme in einer axialen Richtung des Heizelementes 1 weg vom thermisch isolierenden Zwischenbereich 4 an den Wabenkörper 2 abgegeben werden.
  • Durch die thermisch isolierenden Eigenschaften des Zwischenbereichs 4 ist der Wärmepfad vom beheizten Endbereich 5 hin zum unbeheizten Endbereich 3 unterbrochen.
  • Das Heizelement 1 ist in 1 als zylinderförmiger Körper dargestellt. Die ist jedoch nur eine beispielhafte Ausgestaltung, die möglich ist. Auch andere geometrische Ausgestaltungen, die die erfinderischen Merkmale tragen sind möglich.
  • Das Ausführungsbeispiel der 1 weist insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Claims (7)

  1. Heizelement (1) zur Erwärmung einer Komponente zur Abgasnachbehandlung unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes, wobei das Heizelement (1) einen unbeheizten Endbereich (3), und einen beheizten Endbereich (5) aufweist, wobei die beiden Endbereiche (3, 5) von einem Zwischenbereich (4) getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenbereich (4) aus einem thermisch isolierenden Material gebildet ist, um einen Wärmefluss vom beheizten Endbereich (5) zum unbeheizten Endbereich (3) zu minimieren.
  2. Heizelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermisch isolierende Bereich (4) aus einem keramischen Material, wie beispielsweise Al2O3 gebildet ist.
  3. Heizelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (1) eine kanalartige Führung (7) durch den unbeheizten Endbereich (3), den Zwischenbereich (4) und in den beheizten Endbereich (5) hinein aufweist, durch welchen ein elektrischer Leiter (6) geführt ist.
  4. Heizelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Material, welches den Zwischenbereich (4) bildet, sowohl thermisch isolierend als auch elektrisch isolierend ausgebildet ist.
  5. Heizelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Wärmeabgabe vom beheizten Endbereich (5) hin zur Umgebung ausschließlich in radialer Richtung des Heizelementes (1) und in axialer Richtung weg vom Zwischenbereich (4) erfolgt.
  6. Komponente (2) zur Abgasnachbehandlung mit einem Heizelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (1) an seinem unbeheizten Endbereich (3) Montagemittel (8) aufweist, mit welchen es an dem Gehäuse der Komponente (2) zur Abgasnachbehandlung fixierbar ist.
  7. Komponente (2) zur Abgasnachbehandlung mit einem Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente zur Abgasnachbehandlung (2) durch einen metallischen Wabenkörper (2) gebildet ist der eine Kaverne aufweist, in welche das Heizelement (1) einsteckbar ist.
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