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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Heizelements für einen Fahrzeugkatalysator eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Ausgangsmaterial des Heizelements zum Herstellen des Heizelements mit einem Verarbeitungsparameter verarbeitet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugkatalysators für ein Kraftfahrzeug sowie eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung des Heizelements.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2018 104 602 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Heizsystem für einen Antriebsstrang oder einen Bestandteil davon sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Um eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, die in ein bestehendes System preiswert integrierbar ist, wird vorgeschlagen, dass mindestens ein Heizelement zum elektrischen Beheizen eines Antriebsstrangs oder eines Bestandteils davon in einem bereits existierenden Bauteil zur thermischen und/oder akustischen Abschirmung kombiniert vorgesehen ist, wobei das Heizelement zwischen zwei Schichten als Isolierlage der Abschirmung elektrisch und thermisch isoliert angeordnet ist. Weiterhin offenbart die Druckschrift
WO 2010 131094 A2 ein Verfahren zum Herstellen von Oberflächenstrukturen mit integrierter Temperatursteuerung und/oder Wärmestrommessung.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Heizelements für einen Fahrzeugkatalysators eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere trotz Toleranzen des Ausgangsmaterials eine hohe Reproduzierbarkeit des Heizelements gewährleistet, wobei insbesondere eine Eigenschaft des Heizelements mit hoher Genauigkeit auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Herstellen eines Heizelements für einen Fahrzeugkatalysator eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass während des Herstellens des Heizelements aus dem Ausgangsmaterial ein elektrischer Widerstand des Heizelements gemessen und ein Wert des Verarbeitungsparameters für einen weiteren Verlauf des Herstellens in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand angepasst wird.
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Das Heizelement bildet bevorzugt einen Bestandteil des Fahrzeugkatalysators, kann jedoch selbstverständlich auch separat von diesem vorliegen. Der Fahrzeugkatalysator dient dem Durchführen einer Abgasnachbehandlung von Abgas, welches beispielsweise von einem Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs erzeugt wird. Das Antriebsaggregat liegt bevorzugt in Form einer Brennkraftmaschine vor, die zum Antreiben des Kraftfahrzeugs vorgesehen und ausgebildet ist. Mithilfe des Fahrzeugkatalysators werden in dem Abgas enthaltene Schadstoffe in ungefährlichere Produkte umgewandelt.
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Eine Umwandlungsrate des Fahrzeugkatalysators hängt dabei maßgeblich von seiner momentanen Temperatur ab. Aus diesem Grund ist es notwendig, den Fahrzeugkatalysator möglichst rasch in Richtung seiner Betriebstemperatur aufzuheizen. Unter der Betriebstemperatur ist hierbei bevorzugt diejenige Temperatur des Fahrzeugkatalysators zu verstehen, bei welcher er die gewünschte Umwandlungsrate beziehungsweise die gewünschten Umwandlungsraten aufweist. Beispielsweise liegt die Betriebstemperatur des Fahrzeugkatalysators bei 400 °C bis 900 °C. Der Fahrzeugkatalysator liegt bevorzugt in Form eines Drei-Wege-Katalysators, insbesondere eines geregelten Drei-Wege-Katalysators, eines Oxidationskatalysators, eines Speicherkatalysators, insbesondere eines NOx-Speicherkatalysators, oder eines SCR-Katalysators vor.
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Während eines Betriebs des Antriebsaggregats wird der Fahrzeugkatalysator mit dem von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgas durchströmt. Hierdurch wird der Fahrzeugkatalysator in Richtung seiner Betriebstemperatur erwärmt oder auf seiner Betriebstemperatur gehalten. Es kann jedoch der Fall auftreten, dass das Erwärmen des Fahrzeugkatalysators mittels des Abgases nicht hinreichend schnell erfolgt. Bei modernen Kraftfahrzeugen wird zudem das Antriebsaggregat während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs zumindest zeitweise stillgelegt. Dies kann beispielsweise im Falle einer Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs als Hybridkraftfahrzeug erfolgen. Bei einer solchen Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs wird es zumindest zeitweise elektrisch angetrieben, also mittels einer elektrischen Traktionsmaschine.
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Entsprechend erzeugt das Antriebsaggregat kein Abgas, um den Fahrzeugkatalysator zu erwärmen beziehungsweise auf der Betriebstemperatur zu halten. Folglich kühlt der Fahrzeugkatalysator ab, sodass er bei einem Wiederstart des Antriebsaggregats eine Temperatur aufweist, die unterhalb seiner Betriebstemperatur liegt. Dies hat zur Folge, dass die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe lediglich teilweise oder überhaupt nicht umgewandelt werden und entsprechend in eine Außenumgebung des Kraftfahrzeugs eintreten.
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Um dies zu verhindern, verfügt der Fahrzeugkatalysator über das Heizelement. Das Heizelement ermöglicht ein von dem Betrieb des Antriebsaggregat unabhängiges Erwärmen beziehungsweise Aufheizen des Fahrzeugkatalysators. Das Heizelement wird hierzu elektrisch betrieben, dem Heizelement wird also zum Erwärmen des Fahrzeugkatalysators elektrische Energie zugeführt. Das Heizelement liegt hierzu in Form eines Heizwiderstands vor oder weist zumindest einen solchen Heizwiderstand auf. Beispielsweise ist das Heizelement derart angeordnet, dass das Abgas zunächst das Heizelement durchströmt, bevor es in einen Filterkörper des Fahrzeugkatalysators gelangt, sodass der Filterkörper lediglich mittelbar über das Abgas von dem Heizelement erwärmt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Heizelement unmittelbar wärmeübertragend mit dem Filterkörper verbunden ist, sodass ein Erwärmen des Filterkörpers mittels des Heizelements auch ohne eine Durchströmung mit Abgas erfolgt.
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Das Heizelement wird aus dem Ausgangsmaterial hergestellt, wozu dieses entsprechend verarbeitet wird. Bei dem Verarbeiten des Ausgangsmaterials kommt der Verarbeitungsparameter zum Einsatz. Der Verarbeitungsparameter beschreibt beispielsweise eine Querschnittsfläche des Heizelements oder eines Heizleiters des Heizelements. Es kann zum Beispiel vorgesehen sein, das Ausgangsmaterial bei dem Herstellen des Heizelements mit konstantem Bearbeitungsparameter zu verarbeiten. Hierbei kann es vorgesehen sein, erst nach dem Verarbeiten des Ausgangsmaterials, also nach dem Ausbilden des Heizelements, den elektrischen Widerstand des Heizelements zu messen. Weicht der elektrischen Widerstand von einem vorgegebenen Sollwiderstand ab, so kann eine Anpassung des Heizelements erfolgen, beispielsweise durch eine Nachbearbeitung. Hierbei ist es beispielsweise vorgesehen, das Heizelement lokal zu verändern, um den Widerstand des Heizelements in Richtung des Sollwiderstands zu verändern beziehungsweise den Widerstand auf den Sollwiderstand einzustellen. Eine solche Vorgehensweise hat jedoch eine lokal unterschiedliche Heizleistung des Heizelements zur Folge.
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Aus diesem Grund ist es nun vorgesehen, das Anpassen des Widerstands des Heizelements bereits während des Verarbeitens des Ausgangsmaterials vorzunehmen. Mit dem Ende des Verarbeitens des Ausgangsmaterials liegt insoweit das Heizelement mit dem dem Sollwiderstand zumindest im Rahmen einer gewissen Toleranz entsprechenden Widerstand vor. Anders ausgedrückt wird das Heizelement aus einer gewissen Menge des Ausgangsmaterials hergestellt, welche hierzu entsprechend verarbeitet wird, nämlich mit dem Verarbeitungsparameter. Während des Verarbeitens dieser Menge des Ausgangsmaterials wird der Verarbeitungsparameter laufend oder zumindest in diskreten Zeitabständen derart angepasst, dass nach dem Verarbeiten der Menge des Ausgangsmaterials der Widerstand des Heizelements dem Sollwiderstand entspricht. Ist also die Menge des Ausgangsmaterials vollständig verarbeitet beziehungsweise verbraucht, ist das Heizelement hergestellt. Zum Anpassen des Widerstands auf den Sollwiderstand sind keine nachgelagerten Schritte notwendig. Das hergestellte Heizelement weist somit eine äußerst gleichmäßige Heizleistung auf, zudem ist der Aufwand zu seinem Herstellen vergleichsweise gering.
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Diese Vorteile werden erzielt, indem während des Herstellens des Heizelements aus dem Ausgangsmaterial der Widerstand des Heizelements laufend oder zumindest in diskreten Zeitabschnitten gemessen wird. In Abhängigkeit von dem Widerstand wird der Wert des Verarbeitungsparameters für den weiteren Verlauf des Herstellens angepasst. Es ist also beispielsweise vorgesehen, dass das Verarbeiten des Ausgangsmaterials mit einem ersten Wert des Verarbeitungsparameters begonnen wird. Nach einer bestimmten Zeitspanne wird der Widerstand des Heizelements gemessen und bei einem Abweichen des gemessenen Widerstands von einem erwarteten Widerstand wird der Wert des Verarbeitungsparameters angepasst, sodass das Verarbeiten des Ausgangsmaterials nachfolgend mit einem zweiten Wert des Verarbeitungsparameters erfolgt, welcher von dem ersten Wert verschieden ist.
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Das Anpassen des Werts des Verarbeitungsparameters kann während des Verarbeitens des Ausgangsmaterials mit einer beliebigen Häufigkeit erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt es laufend, also kontinuierlich, oder in diskreten Zeitpunkten, bevorzugt periodisch, also in gleichbleibenden Zeitabständen. Der Verarbeitungsparameter ist beispielsweise eine Querschnittsfläche des Heizelements, welche insoweit über eine Längserstreckung des Heizelements beziehungsweise des Heizleiters angepasst wird. Über die Erstreckung des Heizelements beziehungsweise des Heizleiters können insoweit Querschnittsflächen mit unterschiedlichen Querschnittsflächeninhalten bei dem Verarbeiten des Ausgangsmaterials ausgebildet werden.
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Die beschriebene Vorgehensweise bei dem Herstellen des elektrischen Heizelements hat den Vorteil, dass mit geringem Aufwand der Widerstand des elektrischen Heizelements mit hoher Genauigkeit auf den vorgegebenen Wert eingestellt wird. Bei dem Herstellen mehrerer elektrischer Heizelemente auf die beschriebene Art und Weise ist somit eine hohe Reproduzierbarkeit und eine hohe Prozesssicherheit sichergestellt, sodass die hergestellten elektrischen Heizelemente hinsichtlich ihres elektrischen Widerstands übereinstimmen, zumindest im Rahmen einer gewissen Toleranz. Insbesondere ist hierzu keine Nachbearbeitung der Heizelemente notwendig.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Ausgangsmaterial ein Heizdraht und als Verarbeitungsparameter eine Streckung eines aus dem Heizdraht ausgebildeten Heizleiters des Heizelements verwendet wird, wobei der Heizleiter bei dem ersten Wert des Verarbeitungsparameters einen ersten Querschnittsflächeninhalt und bei einem zweiten Wert des Verarbeitungsparameters einen von dem ersten Querschnittsflächeninhalt verschiedenen zweiten Querschnittsflächeninhalt aufweist. Der als Ausgangsmaterial verwendete Heizdraht weist zunächst über seine Längserstreckung, also seine Erstreckung entlang seiner Längsmittelachse, einen gleichbleibenden Querschnittsflächeninhalt auf. Bei dem Verarbeiten des Heizdrahts wird dieser gestreckt, sodass sich der Querschnittsflächeninhalt verändert, nämlich verkleinert.
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Unter der Streckung des Heizdrahts ist eine Dehnung des Heizdrahts in Richtung seiner Längsmittelachse zu verstehen, welche während des Verarbeitens des Ausgangsmaterials vorgenommen wird. Die Streckung beziehungsweise der Wert der Streckung wird während des Verarbeitens des Ausgangsmaterials in Abhängigkeit von dem Widerstand angepasst. Bei unterschiedlichen Werten des Verarbeitungsparameters werden entsprechend unterschiedliche Querschnittsflächeninhalte des Heizleiters beziehungsweise des verarbeiteten Heizdrahts realisiert. Bei dem ersten Wert des Verarbeitungsparameters weist der Heizleiter insoweit den ersten Querschnittsflächeninhalt und bei dem zweiten Wert den zweiten Querschnittsflächeninhalt auf. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellen des Heizelements.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Ausgangsmaterial ein Flächenmaterial und als Verarbeitungsparameter ein Querschnittsflächeninhalt eines aus dem Flächenmaterial ausgebildeten Heizleiters des Heizelements verwendet wird, wobei der Heizleiter bei einem ersten Wert des Verarbeitungsparameters einen ersten Querschnittsflächeninhalt und bei einem zweiten Wert des Verarbeitungsparameters einen von dem ersten Querschnittsflächeninhalt verschiedenen zweiten Querschnittsflächeninhalt aufweist. Unter dem Flächenmaterial ist ein Material zu verstehen, welches vor seinem Verarbeiten einen deutlich größeren Querschnittsflächeninhalt aufweist als der fertig ausgebildete Heizleiter. Beispielsweise ist der Querschnittsflächeninhalt des Flächenmaterials um einen Faktor von mindestens 5, mindestens 10, mindestens 25 oder mindestens 50 größer als der Querschnittsflächeninhalt des Heizleiters des Heizelements.
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Beispielsweise liegt das Flächenmaterial im Wesentlichen quaderförmig vor, weist also in einer ersten Richtung und in einer senkrecht auf der ersten Richtung stehenden zweiten Richtung deutlich größere Abmessungen auf als in einer sowohl auf der ersten Richtung als auch der zweiten Richtung senkrecht stehenden dritten Richtung. Beispielsweise sind die Abmessungen in jeder der ersten Richtung und der zweiten Richtung um einen Faktor von mindestens 5, mindestens 10, mindestens 25 oder mindestens 50 größer als die Abmessungen in der dritten Richtung.
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Das Flächenmaterial wird zum Herstellen des Heizelements derart verarbeitet, dass der Heizleiter vorliegt, welcher in der dritten Richtung dieselben Abmessungen aufweist wie das Flächenmaterial. Zum Ausbilden des Heizleiters erfolgt also ein Unterteilen des Flächenmaterials in der ersten Richtung und/oder der zweiten Richtung, sodass im Querschnitt bezüglich einer Längserstreckung des ausgebildeten Heizleiters gesehen der Querschnittsflächeninhalt zum Erzielen des dem Sollwiderstand entsprechenden Widerstands des Heizelements variiert ist.
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Wie vorstehend bereits erläutert, entspricht der Querschnittsflächeninhalt des Heizleiters bei dem ersten Wert des Verarbeitungsparameters dem ersten Querschnittsflächeninhalt und bei dem zweiten Wert des Verarbeitungsparameters dem zweiten Querschnittsflächeninhalt. Auf die entsprechenden Ausführungen wird verwiesen; sie können ergänzend herangezogen werden. Die Verwendung des Flächenmaterials ermöglicht eine sehr hohe Flexibilität hinsichtlich der Form des Heizelements.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Flächenmaterial ein mehrschichtiges Flächenmaterial oder ein Metallschaum verwendet wird. Das mehrschichtige Flächenmaterial setzt sich aus mehreren Materialschichten zusammen, wobei jede der Materialschichten aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Die Materialschichten sind elektrisch miteinander verbunden. Beispielsweise sind die Materialschichten gewellt. Vorzugsweise sind sie in diesem Fall derart angeordnet, dass zwischen ihnen Strömungskanäle ausgebildet sind, welche auf gegenüberliegenden Seiten jeweils von einer der Materialschichten begrenzt sind. Der Metallschaum ist besonders bevorzugt ein offenporiger Metallschaum, sodass er von dem Abgas durchströmbar ist. Die Verwendung des Metallschaums hat den Vorteil, dass ein besonders effektives Erwärmen beziehungsweise Aufheizen des Fahrzeugkatalysators erfolgt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zum Ausbilden des Heizleiters aus dem Flächenmaterial mit einem bestimmten Wert des Querschnittsflächeninhalts das Flächenmaterial trennend und/oder abtragend bearbeitet wird. Zum Erzielen des bestimmten Werts des Querschnittsflächeninhalts wird das Flächenmaterial bearbeitet. Unter dem trennenden Bearbeiten ist hierbei insbesondere ein Zerteilen, Spanen oder Abtragen zu verstehen. Das abtragende Bearbeiten umfasst hingegen ein Laserstrahlschneiden oder ein Wasserstrahlschneiden. Durch das Abtragen erfolgt letztlich ebenfalls ein Trennen, beispielsweise ein Ausscheiden oder Beschneiden. Die genannten Fertigungsverfahren ermöglichen ein rasches und kostengünstiges Herstellen des Heizelements.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Flächenmaterial mittels Laserschneider oder Wasserstrahlschneiden zum Ausbilden des Heizleiters bearbeitet wird. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Das jeweilige Schneidverfahren dient dazu, den Heizleiter aus dem Flächenmaterial auszuschneiden, sodass der Heizleiter nach dem Ausschneiden einen kleineren Querschnittsflächeninhalt aufweist als das Flächenmaterial. Das Ausschneiden erfolgt dabei insbesondere derart, dass die Abmessungen des Heizleiters nach seinem Ausbilden in der vorstehend definierten dritten Richtung den Abmessungen des Flächenmaterials in derselben Richtung entsprechen. In dieser dritten Richtung erfolgt also kein Ausschneiden. Das Laserschneiden beziehungsweise Wasserstrahlschneiden ermöglicht das Herstellen des Heizleiters mit einer besonders hohen Flexibilität.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Flächenmaterial derart bearbeitet wird, dass der Heizleiter mäanderförmig verläuft. Der Heizleiter weist also nach seinem Ausbilden keine gerade Längsmittelachse auf, vielmehr ist seine Längsmittelachse zumindest bereichsweise oder sogar durchgehend gekrümmt. Hierbei kann die Krümmung entlang einer Längserstreckung des Heizleiters variieren, insbesondere ihr Vorzeichen ändern, sodass der mäanderförmige Verlauf des Heizleiters erzielt wird. Beispielsweise besteht der Heizleiter aus einer Aneinanderreihung von teilovalen Heizleiterabschnitten. Diese teilovalen Abschnitte können unmittelbar aneinandergrenzen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zwischen jeweils zwei der teilovalen Abschnitte ein gerader Abschnitt des Heizleiters angeordnet ist. Die mäanderförmige Ausgestaltung des Heizleiters bewirkt eine besonders hohe spezifische Heizleistung des Heizelements.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für den elektrischen Widerstand ein Verlauf über einen Verarbeitungsfortschritt festgelegt und der Wert des Verarbeitungsparameters derart gewählt wird, dass der gemessene Widerstand in Richtung eines aus dem Verlauf anhand des Verarbeitungsfortschritts ermittelten Sollwiderstands angepasst wird. Vor dem Verarbeiten des Ausgangsmaterials wird - wie bereits erwähnt - eine bestimmte Menge des Ausgangsmaterials bereitgestellt, welche zum Herstellen des Heizelements vollständig verarbeitet wird.
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Unter dem Verarbeitungsfortschritt ist beispielsweise der Anteil des bereits verarbeiteten Ausgangsmaterials an der bereitgestellten Menge des Ausgangsmaterials zu verstehen. Beispielsweise weist die bereitgestellte Menge des Ausgangsmaterials eine bestimmte Länge auf, insbesondere im Falle des Heizdrahts. In diesem Fall entspricht der Verarbeitungsfortschritt beispielsweise der bereits verarbeiteten Länge des Ausgangsmaterials bezogen auf die gesamte Länge des Ausgangsmaterials. Im Falle des Flächenmaterials entspricht der Verarbeitungsfortschritt beispielsweise einer Länge des bereits ausgebildeten Heizleiters bezogen auf eine Gesamtlänge des auszubildenden Heizleiters.
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Der Verlauf des elektrischen Widerstands über dem Verarbeitungsfortschritt beschreibt den elektrischen Widerstand, welchen das Heizelement beziehungsweise das Ausgangsmaterial bei dem momentan vorliegenden Verarbeitungsfortschritt aufweisen soll. Der Verlauf ist festgelegt, ist also für alle ausgebildeten elektrischen Heizelement der gleiche. Bei dem Ausbilden des Heizelements wird anhand des momentanen Verarbeitungsfortschritts aus dem Verlauf der elektrische Widerstand ausgelesen, welcher Widerstand derzeit vorliegen sollte. Der ausgelesene elektrische Widerstand entspricht dem Sollwiderstand.
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Weicht der zu dem momentanen Verarbeitungsfortschritt gemessene Widerstand von dem ausgelesenen Sollwiderstand ab, so wird der Wert des Verarbeitungsparameters derart geändert, dass sich bei dem nachfolgenden Ausbilden des Heizleiters der gemessene Widerstand in Richtung des Sollwiderstands verändert. Das Anpassen des Werts des Verarbeitungsparameters erfolgt hierbei derart, dass kein plötzlicher Sprung des Werts beziehungsweise des aus ihm resultierenden Querschnittsflächeninhalts auftritt, sondern vielmehr ein kontinuierlicher Verlauf realisiert ist. Hierdurch wird eine besonders gleichmäßige Heizleistung des elektrischen Heizelements erzielt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Fahrzeugkatalysators für ein Kraftfahrzeug, der über ein elektrisches Heizelement verfügt, insbesondere über ein Heizelement, hergestellt gemäß dem Verfahren nach den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei ein Ausgangsmaterial des Heizelements zum Herstellen des Heizelements mit einem Verarbeitungsparameter verarbeitet wird. Dabei ist vorgesehen, dass während des Herstellens des Heizelements aus dem Ausgangsmaterial ein elektrischer Widerstand des Heizelements gemessen und ein Wert des Verarbeitungsparameters für einen weiteren Verlauf des Herstellens in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand angepasst wird.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Heizelements beziehungsweise des Fahrzeugkatalysators wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Verfahren zum Herstellen des Heizelements als auch das Verfahren zum Herstellen des Fahrzeugkatalysators können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Zudem betrifft die Erfindung eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung eines elektrischen Heizelements für einen Fahrzeugkatalysator eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Herstellungsvorrichtung dazu vorgesehen und ausgebildet ist, ein Ausgangsmaterial des Heizelements zum Herstellen des Heizelements mit einem Verarbeitungsparameter zu verarbeiten. Dabei ist die Herstellungsvorrichtung dazu vorgesehen und ausgebildet, während des Herstellens des Heizelements aus dem Ausgangsmaterial einen elektrischen Widerstand des Heizelements zu messen und einen Wert des Verarbeitungsparameters für einen weiteren Verlauf des Herstellens in Abhängigkeit von dem elektrischen Widerstand anzupassen.
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Erneut wird hinsichtlich der Vorteile und möglicher vorteilhafter Weiterbildungen der Herstellungsvorrichtung auf die Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung verwiesen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Herstellungsvorrichtung zur Herstellung eines elektrischen Heizelements für einen Fahrzeugkatalysator eines Kraftfahrzeugs sowie des elektrischen Heizelements, und
- 2 ein Diagramm, in welchem ein Verlauf eines elektrischen Widerstands des Heizelements über einen Verarbeitungsfortschritt dargestellt ist.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Herstellungsvorrichtung 1 zum Herstellen eines elektrischen Heizelements 2, wie es beispielsweise für einen Fahrzeugkatalysator eines Kraftfahrzeugs Verwendung findet. Das Heizelement 2 wird aus einem Ausgangsmaterial 3 ausgebildet, nämlich indem ein Heizleiter 4 mittels einer Schneideeinrichtung 5 aus dem Ausgangsmaterial 3 ausgeschnitten wird. Die Schneideeinrichtung 5 ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Laserschneideeinrichtung, sodass das Ausgangsmaterial 3 mittels Laserschneiden zum Ausbilden des Heizleiters 4 bearbeitet wird.
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Die Schneideeinrichtung 5 ist gemäß den Pfeilen 6 zum Ausbilden des Heizleiter 4 verlagerbar. Die Schneideeinrichtung 5 wird mittels eines Steuergeräts 7 angesteuert, welches auch ihre Verlagerung steuert. Das Steuergerät 7 ist an ein Messgerät 8 messtechnisch angeschlossen, welches zum Messen eines elektrischen Widerstands des Heizelements 2 dient. Hierzu ist das Messgerät 8 elektrisch an den Heizleiter 4 angeschlossen, nämlich insbesondere an gegenüberliegenden Enden des Heizleiters 4.
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Während des Herstellens des Heizelements 2, also während eines Ausbildens des Heizleiters 4, wird der elektrische Widerstand des Heizelements 2 laufend oder in diskreten Zeitpunkten gemessen. Anhand des gemessenen Widerstands wird der Wert eines Verarbeitungsparameters, mit welchem das hier als Flächenmaterial vorliegende Ausgangsmaterial 3 zum Ausbilden des Heizleiters 4 bearbeitet wird, angepasst. Dies erfolgt derart, dass nach dem Verarbeiten des Ausgangsmaterials 3 das Heizelement 2 einen elektrischen Widerstand aufweist, welcher einem Sollwiderstand genau oder zumindest im Rahmen einer bestimmten Toleranz entspricht.
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Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Verlauf 9 des elektrischen Widerstands über einen Verarbeitungsfortschritt festgehalten ist. Der Verlauf 9 entspricht in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einem Verlaufsbereich und wird von einer unteren Grenze 10 nach unten und einer oberen Grenze 11 nach oben begrenzt. Ein Verlauf 12 zeigt hingegen rein beispielhaft den gemessenen Widerstand, welcher während des Herstellens des Heizelements 2 beziehungsweise des Ausbildens des Heizleiters 4 auftritt beziehungsweise gemessen wird.
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Zu bestimmten Verarbeitungsfortschritten wird anhand des Verlaufs 9 beziehungsweise der Grenzen 10 und 11 ein Sollwiderstand ermittelt und mit dem tatsächlich gemessenen Widerstand verglichen. Weicht der gemessene Widerstand von dem Sollwiderstand ab, so wird der Verarbeitungsparameter, mit welchem das Ausgangsmaterial 3 zum Herstellen des Heizelements 2 verarbeitet wird, derart angepasst, dass sich der Widerstand in Richtung des Sollwiderstands verändert. Beispielsweise erfolgt also eine Regelung des gemessenen Widerstands auf dem Sollwiderstand, nämlich durch Anpassen des Verarbeitungsparameters beziehungsweise durch entsprechende Ansteuerung und/oder Verlagerung der Schneideeinrichtung 5.
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Die beschriebene Ausgestaltung der Herstellungsvorrichtung 1 beziehungsweise die beschriebene Vorgehensweise zum Herstellen des Heizelements 2 hat den Vorteil, dass das hergestellte Heizelement 2 unmittelbar nach seinem Herstellen beziehungsweise unmittelbar nach dem Ausbilden des Heizleiters 4 durch das Verarbeiten des Ausgangsmaterials 3 der Widerstand dem Sollwiderstand entspricht oder zumindest innerhalb einer gewissen Toleranz entspricht. Hierdurch wird eine hohe Reproduzierbarkeit beziehungsweise Prozesssicherheit bei der Herstellung mehrerer identischer Heizelemente 2 erzielt. Insbesondere ist kein Nacharbeiten des Heizelements 2 notwendig, weil unmittelbar nach dem Ausbilden des Heizleiters 4 aus dem Ausgangsmaterial 3 das Heizelement 2 den gewünschten Widerstand aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Herstellungsvorrichtung
- 2
- Heizelement
- 3
- Ausgangsmaterial
- 4
- Heizleiter
- 5
- Schneideeinrichtung
- 6
- Pfeil
- 7
- Steuergerät
- 8
- Messgerät
- 9
- Verlauf
- 10
- Grenze
- 11
- Grenze
- 12
- Verlauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018104602 A1 [0002]
- WO 2010131094 A2 [0002]
