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Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung.
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Zur Begrenzung der Schadstoffemission von Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotoren, ist es bekannt, Abgasbehandlungsvorrichtungen, wie beispielsweise Katalysatoren, Partikelfilter oder dergleichen, zur Abgasreinigung einzusetzen.
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Um eine katalytisch unterstützte Umwandlung der Schadstoffe zu gewährleisten, muss das Abgas oder die Abgasreinigungsvorrichtung eine vorgegebene Mindesttemperatur aufweisen. Insbesondere nach einem Kaltstart oder Neustart des Verbrennungsmotors ist eine solche Mindesttemperatur nicht erreicht.
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In üblichen Abgasbehandlungsvorrichtungen wird daher die Abgasbehandlungsvorrichtung selbst elektrisch geheizt, um die vorgegebene Mindesttemperatur zu erreichen oder aufrecht zu erhalten.
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Alternativ werden separate Heizvorrichtungen verwendet, die der Abgasbehandlungsvorrichtung zugeordnet sind. Bei diesen Heizvorrichtungen übernehmen Elektroden die Stromversorgung und eine zusätzlich vorgesehene Trägerstruktur die Befestigung. Die Elektroden und die Trägerstruktur bilden ein steifes Konstrukt, das durch während des Betriebs des Kraftfahrzeugs entstehende, langandauernde Vibrationen des Abgaskanals auf Dauer hohen Belastungen unterworfen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine langlebige, zuverlässige und separate Heizvorrichtung für eine Abgasbehandlungsvorrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgasbehandlungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gelöst, das ein Gehäuse, welches einen Abgaskanal begrenzt, durch den Abgas strömt, und eine elektrische Heizvorrichtung aufweist, die sich quer zu einer Abgasströmungsrichtung durch den Abgaskanal erstreckt und von Abgas durchströmt ist und die eine Heizstruktur und zumindest zwei separate, unterschiedlich gepolte Elektroden umfasst, wobei die Heizstruktur an den Elektroden angebracht und mit ihnen elektrisch kontaktiert ist. Dabei weisen die Elektroden jeweils zumindest einen frei endenden Fortsatz auf, der sich orthogonal zur Abgasströmungsrichtung in einen Innenbereich der Heizvorrichtung erstreckt. Da sich die Elektroden bis in einen Innenbereich der Heizvorrichtung erstrecken, kann ein Verformen der Heizstruktur verringert oder vermieden werden. Des Weiteren können sich die separat zueinander ausgebildeten Elektroden, die sich nicht berühren, relativ zueinander bewegen, wodurch die Heizvorrichtung flexibler ist und so Vibrationen des Kraftfahrzeugs besser kompensiert werden können.
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Im Rahmen der Erfindung sind ausschließlich frei endende Fortsätze beschrieben. Diese weisen also ein freies Ende auf, das frei in die Strömung ragt, sodass es in keinem Kontakt mit anderen Bauteilen außer der Heizstruktur ist.
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Die frei endenden Fortsätze können auch als fingerartige Fortsätze bezeichnet werden.
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Die Elektroden können sich selbst bis in einen Innenbereich der Heizvorrichtung erstrecken oder jeweils an ein separates Bauteil anschließen, an dem die Heizstruktur angebracht und elektrisch kontaktiert ist. Die Bauteile bilden dann einen Teil der Elektroden und können auch selbst als Elektroden gesehen werden.
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Insbesondere ist die Heizstruktur nur durch die Elektroden in der Heizvorrichtung gehaltert. Demnach stellen die Elektroden mechanische Befestigungsmittel für die Heizstruktur dar. Die Elektroden übernehmen so die Stromversorgung und zusätzlich die Befestigung der Heizstruktur und stellen zusätzlich eine Trägerstruktur für die Heizstruktur dar.
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Bevorzugt ist die Heizvorrichtung in Abgasströmungsrichtung stromauf einer Abgasreinigungseinrichtung, wie z. B. ein Katalysator, angeordnet. Auf diese Weise wird das Vorheizen des Abgases ermöglicht, bevor es in die Abgasreinigungseinrichtung strömt.
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Ein Aspekt sieht vor, dass zumindest eine Elektrode mehrere frei endende Fortsätze hat, die parallel oder radial zum Abgaskanal angeordnet sind und/oder dass der eine frei endende oder die mehreren frei endenden Fortsätze einer Elektrode parallel zu dem einen frei endenden oder den mehreren frei endenden Fortsätzen der anderen Elektrode angeordnet sind. Die Elektroden weisen demnach keine komplizierte geometrische Struktur auf, können aber dennoch das Abgas über den gesamten Strömungsquerschnitt des Abgaskanals einheitlich aufheizen. Ferner wird durch die mehreren Fortsätze und durch die Erstreckung der Elektroden in den Innenbereich der Heizvorrichtung der Kontaktierungsbereich vergrößert, wodurch die Stromübertragung auf die Heizstruktur verbessert und die Aufheizung der Heizstruktur über den Strömungsquerschnitt vereinheitlicht wird.
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Insbesondere sind die mehreren frei endenden Fortsätze einer Elektrode im gleichen Abstand parallel zueinander oder zu den mehreren frei endenden Fortsätzen der anderen Elektrode angeordnet. Alternativ hierzu verlaufen die Fortsätze radial zum Abgaskanal. Auf diese Weise sind die Fortsätze gleichmäßig verteilt im Strömungsquerschnitt angeordnet, wodurch eine einheitliche Aufheizung des Abgases im Strömungsquerschnitt gewährleistet werden kann.
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Der eine frei endende Fortsatz oder die mehreren frei endenden Fortsätze einer Elektrode können zwischen benachbarte frei endende Fortsätze der anderen Elektrode ragen. Mit anderen Worten ausgedrückt, kämmen einzelne oder mehrere Fortsätze einer Elektrode und die benachbarten Fortsätze der anderen Elektrode miteinander. So können durch geometrisch einfache Strukturen und Anordnungen eine einheitliche Platzierung der Elektroden im Strömungsquerschnitt und folglich eine einheitliche Aufheizung des Abgases im Strömungsquerschnitt erzielt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Elektroden jeweils ein Basisteil aufweisen, von dem der zumindest eine frei endende Fortsatz absteht, insbesondere in Richtung zum Basisteil der anderen Elektrode. Durch das Basisteil sind die Fortsätze einer Elektrode miteinander verbunden und gehaltert. Das Basisteil stellt somit einen Träger für den einen oder die mehreren Fortsätze dar.
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Beispielsweise sind das Basisteil und der zumindest eine frei endende Fortsatz zusammen einteilig ausgebildet. Auf diese Weise kann die Anzahl an Einzelteilen reduziert und die Herstellung vereinfacht werden. Zudem herrscht so eine bessere elektrische Verbindung zwischen dem Basisteil und dem zumindest einen Fortsatz.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Basisteil ein Randsteg ist, der sich in Umfangsrichtung der Heizvorrichtung entlang zumindest eines Abschnitts eines Außenrands der Heizvorrichtung erstreckt, dass das Basisteil ein Mittelsteg ist, der sich von einem Punkt eines Außenrands der Heizvorrichtung zu einem gegenüberliegenden Punkt des Außenrands, insbesondere durch einen Mittelpunkt der Heizvorrichtung, erstreckt oder dass das Basisteil als zentrales Element in einem Mittelbereich der Heizvorrichtung angeordnet ist, von dem der zumindest eine frei endende Fortsatz insbesondere radial nach außen absteht. Für die Elektroden können mehrere verschiedene Arten von Basisteilen kombiniert werden. Das steigert die Flexibilität bei der Anordnung der Elektroden zueinander.
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Beispielsweise hat eine der Elektroden den Randsteg als Basisteil und die andere der Elektroden den Mittelsteg als Basisteil, wobei sich der Randsteg C-förmig in einer durch den Mittelsteg begrenzten Hälfte des Außenrandes erstreckt. Der C-förmige Randsteg mit seinem zumindest einen frei endenden Fortsatz deckt den Bereich ab, der vom Mittelsteg mit seinem zumindest einen frei endenden Fortsatz ausgelassen ist. Dadurch wird eine bessere Aufheizung des Abgases erzielt.
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Optional kann eine dritte Elektrode vorgesehen sein, die den Randsteg als Basisteil hat und sich C-förmig in der anderen durch den Mittelsteg begrenzten Hälfte des Außenrands erstreckt. Durch die beiden Elektroden mit Randsteg und die Elektrode mit Mittelsteg kann eine einheitliche Beheizung des gesamten Strömungsquerschnitts erzielt werden.
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Alternativ kann eine der Elektroden einen umfangsmäßig geschlossenen Randsteg als Basisteil und die andere der Elektroden das Zentralelement als Basisteil aufweisen. Das zentrale Element ist demnach umfangsmäßig vom umfangsmäßig geschlossenen Randsteg umschlossen, wobei vom Randsteg der zumindest eine frei endende Fortsatz radial nach innen und vom zentralen Element der zumindest eine frei endende Fortsatz radial nach außen absteht. Diese Anordnung bietet sich vor allem bei Heizvorrichtungen an, bei denen eine der Elektroden mittig elektrisch kontaktiert werden soll.
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Alternativ können beide Elektroden einen Abschnitt des Randstegs als Basisteil haben, wobei die Abschnitte einander gegenüberliegen und von den Randstegen jeweils der zumindest eine frei endende Fortsatz zum gegenüberliegenden Randsteg absteht. Diese Anordnung bietet sich vor allem bei Heizvorrichtungen an, bei denen die Elektroden am Außenrand elektrisch kontaktiert werden sollen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die frei endenden Fortsätze in Abgasführungsrichtung gesehen jeweils zwei entgegengesetzte Stirnseiten haben, wobei eine der Stirnseiten eine Frontseite und die andere der Stirnseiten eine Rückseite bildet, und jeweils zwei die Frontseite und die Rückseite verbindende, entgegengesetzte Lateralseiten aufweisen, wobei die Lateralseiten benachbarter Fortsätze sich gegenüberliegen Dabei umfasst die Heizstruktur mehrere separate Heizkomponenten, die als Metalldrähte ausgebildet sind und jeweils von einem Fortsatz zu einem benachbarten verlaufen.
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Optional liegen die Frontseiten der Fortsätze in einer gemeinsamen Ebene, die orthogonal zur Abgasströmungsrichtung ist. Gleiches kann für die Rückseiten der Fortsätze gelten. Auf diese Weise wird durch die Elektroden eine gleichmäßige, ebene Frontseite bzw. Rückseite der Heizvorrichtung geschaffen.
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Eine Normale der Frontseite bzw. der Rückseite ist somit parallel zur Abgasführungsrichtung, und eine Normale der Lateralseiten ist somit orthogonal zur Abgasführungsrichtung.
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Gemäß einem Aspekt verlaufen die Heizkomponenten, in Strömungsrichtung gesehen, insbesondere als gerade Streifen parallel zueinander zwischen benachbarten Fortsätzen oder die Heizkomponenten sind, in Strömungsrichtung gesehen, insbesondere umfangsmäßig geschlossene, koaxiale Ringe, die benachbarte Elektroden verbinden. Die Heizkomponenten verlaufen durch den Zwischenraum zwischen den einzelnen Fortsätzen, durch den das Abgas strömt. Das Abgas umströmt demnach die Heizkomponenten. Über die Heizkomponenten sind die Elektroden miteinander elektrisch gekoppelt, sodass über die Heizkomponenten Strom von einer Elektrode zur anderen fließt und dabei die Heizkomponente erhitzt wird. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Elektroden ausschließlich über die Heizkomponenten elektrisch miteinander gekoppelt sind.
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Die Heizkomponenten, also die Metalldrähte, können entlang der Frontseite und/oder Rückseite der Elektroden verlaufen und/oder in radialer Richtung gesehen zwischen den Elektroden verlaufen. Dadurch können verschiedene Heizschichten gebildet werden, durch die das Abgas effizient erwärmt werden kann. Je nach Bedarf kann eine Heizschicht oder können mehrere Heizschichten vorgesehen werden.
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Optional ist die Querschnittsfläche radial weiter innen liegender Heizkomponenten kleiner als die Querschnittsfläche radial weiter außen liegender Heizkomponenten. Durch größere Querschnittsflächen kommt es zu einer höheren thermischen Emission, sodass das Abgas radial weiter außen stärker erwärmt wird als das Abgas, das radial weiter innen strömt. So kann eine im Wesentlichen einheitliche Temperatur des Abgases über den gesamten Strömungsquerschnitt erreicht werden, da typischerweise das radial weiter außen strömende Abgas eine geringere Temperatur aufweist als das radial weiter innen strömende Abgas.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass jede Elektrode mehrere frei endende Fortsätze hat und eine erste Heizkomponente oder eine Gruppe von ersten Heizkomponenten von Frontseite zu Frontseite benachbarter frei endender Fortsätze verschiedener Elektroden verläuft und/oder dass eine zweite Heizkomponente oder eine Gruppe von zweiten Heizkomponenten von Rückseite zu Rückseite benachbarter Fortsätze verschiedener Elektroden verläuft, insbesondere wobei die ersten Heizkomponenten oder die Gruppen von ersten Heizkomponenten in Abgasströmungsrichtung gesehen hinter oder seitlich versetzt zu den zweiten Heizkomponenten oder den Gruppen von zweiten Heizkomponenten verlaufen. Die Heizkomponenten einer Seite bilden dementsprechend eine Heizschicht aus, durch die Abgas strömt und dabei erwärmt wird. Heizkomponenten an der Frontseite und zusätzlich an der Rückseite bilden demnach zwei Heizschichten aus, durch die die Erwärmung des Abgases weiter erhöht wird.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass jede Elektrode mehrere frei endende Fortsätze hat und eine erste Heizkomponente oder eine Gruppe von ersten Heizkomponenten von Frontseite zu Rückseite benachbarter frei endender Fortsätze verschiedener Elektroden verläuft und/oder dass eine zweite Heizkomponente oder eine Gruppe von zweiten Heizkomponenten entgegengesetzt zur ersten Heizkomponente bzw. zur Gruppe von ersten Heizkomponenten von Rückseite zu Frontseite benachbarter Fortsätze verschiedener Elektroden verläuft. Die zwei Heizschichten sind dementsprechend miteinander „verflochten“. Dabei verlaufen die Heizkomponenten zwischen den einzelnen Fortsätzen teilweise in Abgasströmungsrichtung von der Frontseite zur Rückseite. Durch die zusätzliche Richtungskomponente in Abgasströmungsrichtung wird die Länge des verbauten Metalldrahts erhöht und damit die Wärmeübertragung auf das Abgas, wodurch eine schnellere Erwärmung des Abgases erfolgt.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass jede Elektrode mehrere frei endende Fortsätze hat und eine Heizkomponente oder mehrere Heizkomponenten als einzelner Ring zwischen den Lateralseiten benachbarter Fortsätze verschiedener Elektroden angeordnet ist bzw. sind und/oder dass eine Heizkomponente oder mehrere Heizkomponenten als Spirale wendelförmig von Lateralseite zu Lateralseite, Frontseite zu Frontseite oder Rückseite zu Rückseite benachbarter Fortsätze verschiedener Elektroden verläuft bzw. verlaufen. Die Heizkomponente oder die Heizkomponenten zwischen den Lateralseiten bilden eine weitere Heizschicht zu den Heizschichten der Frontseite und/oder Rückseite. Durch eine Ring- oder Spiralform wird eine große Oberfläche der Heizkomponenten geschaffen, wodurch eine effizientere Erwärmung des durchströmenden Abgases erreicht werden kann.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 einen schematischen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung,
- - 2 einen schematischen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform,
- - 3 eine Draufsicht in Abgasströmungsrichtung auf eine erste Ausführungsform einer Heizvorrichtung der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß 1 oder 2,
- - 4 eine Draufsicht in Abgasströmungsrichtung auf eine andere Ausführungsform der Heizvorrichtung der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß 1 oder 2,
- - 5 eine Draufsicht in Abgasströmungsrichtung auf eine weitere Ausführungsform der Heizvorrichtung der erfindungsgemäßen Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß 1 oder 2,
- - 6 eine Schnittansicht in Radialrichtung durch eine bei der Erfindung verwendbare Heizvorrichtung mit einer ersten Variante einer Befestigung von Heizkomponenten an die Elektroden,
- - 7 eine Schnittansicht in Radialrichtung durch eine bei der Erfindung verwendbare Heizvorrichtung mit einer zweiten Variante der Befestigung von Heizkomponenten an die Elektroden, und
- - 8 eine Schnittansicht in Radialrichtung durch eine bei der Erfindung verwendbare Heizvorrichtung mit einer dritten Variante der Befestigung von Heizkomponenten an die Elektroden.
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In den 1 und 2 sind zwei beispielhafte Ausführungsformen einer Abgasbehandlungsvorrichtung 10 eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor schematisch in einem Längsschnitt dargestellt. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 10 ist in einem Abgaskanal 13 vorgesehen und umfasst eine Heizvorrichtung 12 eine Abgasreinigungseinrichtung 15 und ein Gehäuse 14.
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In beiden Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung 12 in Abgasströmungsrichtung 11 beabstandet stromaufwärts der Abgasreinigungseinrichtung 15 angeordnet.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung 12 an der Abgasreinigungseinrichtung 15 anliegt.
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In 1 ist das Gehäuse 14 ein gemeinsames Gehäuse 14, das der Heizvorrichtung 12 und der Abgasreinigungseinrichtung 15 zugeordnet ist.
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In 2 ist das Gehäuse 14 der Heizvorrichtung 12 als ein separates Gehäuse 14 ausgebildet, das vom Gehäuse 14 der Abgasreinigungseinrichtung 15 beabstandet ist.
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Diese in den 1 und 2 gezeigten Varianten lassen sich beliebig mit den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen kombinieren.
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Die 3 bis 5 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Heizvorrichtung 12, die im Wesentlichen ähnlich zueinander sind. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Übersichtlichkeit halber ist das Gehäuse 14 nicht dargestellt.
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Der allgemeine Aufbau der Heizvorrichtung 12 wird im Folgenden anhand von 3 beschrieben.
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Die Heizvorrichtung 12 weist eine erste Elektrode 16 und eine zweite Elektrode 18 auf, die unterschiedlich gepolt sind.
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Beispielsweise stellt die erste Elektrode 16 eine Anode und die zweite Elektrode 18 eine Kathode dar.
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Des Weiteren weist die Heizvorrichtung 12 eine Heizstruktur 20 auf, die an den Elektroden 16, 18 befestigt und von ihnen elektrisch kontaktiert ist. Die Heizstruktur 20 ist in den 3 bis 5 nur abschnittsweise in einem mittleren Abschnitt dargestellt. Tatsächlich soll die Heizstruktur 20 im Wesentlichen am gesamten Strömungsquerschnitt vorhanden sein.
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Die Elektroden 16, 18 weisen jeweils ein Basisteil 22 auf, von dem mehrere frei endende Fortsätze 24 in einen Innenbereich 26 der Heizvorrichtung 12 orthogonal zur Abgasströmungsrichtung 11 abstehen.
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Im Folgenden sind mit „Fortsatz“ oder „Fortsätze“ ein frei endender Fortsatz bzw. mehrere frei endende Fortsätze gemeint.
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Das Basisteil 22 und dessen Fortsätze 24 können beispielsweise einteilig ausgebildet sein und einstückig ineinander übergehen.
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Die mehreren Fortsätze 24 des Basisteils 22 einer der Elektroden 16, 18 erstrecken sich ausgehend vom entsprechenden Basisteil 22 in Richtung zum Basisteil 22 der anderen Elektrode 16, 18. Dabei ragen die Fortsätze 24 einer Elektrode 16, 18 zwischen benachbarte Fortsätze 24 der anderen Elektrode 16, 18.
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Hierbei sind freie Enden 32 der Fortsätze 24 einer Elektrode 16, 18 in einem Bereich nahe des Basisteils 22 der anderen Elektrode 16, 18 positioniert. Dieser Bereich kann mit einer Entfernung vom jeweiligen Basisteil 22 zwischen 5 mm und 50 mm um das entsprechende Basisteil 22 herum angeordnet sein. Beispielsweise beträgt die Entfernung 10 mm.
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Die Elektroden 16, 18 berühren sich nicht.
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Die Heizstruktur 20 ist ausschließlich an den Elektroden 16, 18, insbesondere an den Fortsätzen 24 befestigt und wird durch die Elektroden 16, 18 elektrisch kontaktiert.
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Hierbei weist die Heizstruktur 20 mehrere Heizkomponenten 34 auf, die sich vom Fortsatz 24 einer Elektrode 16, 18 zum benachbarten Fortsatz 24 der anderen Elektrode 16, 18 erstrecken.
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Die Heizkomponenten können beispielsweise Metalldrähte sein.
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Im Folgenden wird auf die verschiedenen Ausführungsformen der Heizvorrichtung 12 gemäß den 3 bis 5 eingegangen.
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In 3 ist die erste Ausführungsform der Heizvorrichtung 12 gezeigt.
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Die Basisteile 22 der Elektroden 16, 18 sind in dieser Ausführungsform als Randstege 36 ausgebildet, die sich in Umfangsrichtung der Heizvorrichtung 12 entlang zumindest eines Abschnitts eines Außenrands 30 der Heizvorrichtung 12 nahe des Gehäuses 14 erstrecken.
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Die Elektroden 16, 18 sind in dieser Ausführungsform im Wesentlichen identisch zueinander ausgebildet, wobei beide einen Randsteg 36 als Basisteil 22 aufweisen. Die Randstege 36 erstrecken sich in Umfangsrichtung der Heizvorrichtung 12 entlang eines Abschnitts eines Außenrands 30 der Heizvorrichtung 12.
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Die Randstege sind C-förmig ausgebildet und liegen sich am Außenrand 30 gegenüber.
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Die vom Randsteg 36 einer Elektrode 16, 18 abstehenden Fortsätze 24 verlaufen parallel zueinander und parallel zu den Fortsätzen 24 der anderen Elektrode 16, 18.
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Die Heizkomponenten 34 sind als einzelne Streifen ausgebildet, die parallel zueinander und - in Abgasströmungsrichtung 11 gesehen - im Wesentlichen orthogonal zur Längsachse der Fortsätze 24 von Fortsatz 24 zu Fortsatz 24 verlaufen oder leicht bogenförmig von Fortsatz 24 zu Fortsatz 24.
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Die einzelnen Streifen 38 können auch aus mehreren einzelnen Heizkomponenten 34 gebildet sein.
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Alternativ können mehrere Streifen 38 durch eine Heizkomponente 34, d.h. einen Heizdraht, gebildet sein. Dafür kann die Heizkomponente 34 beispielsweise geschlängelt zwischen Fortsätzen 24 verlaufen. Diese Optionen sind auch auf die nachfolgenden Ausführungsformen anwendbar.
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In 4 ist die zweite Ausführungsform der Heizvorrichtung 12 gezeigt.
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Hier ist zusätzlich eine separate dritte Elektrode 40 mittig zwischen den beiden Elektroden 16, 18 vorgesehen.
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Die Elektroden 16, 18 sind hier identisch zueinander ausgebildet, nur um 180° gewendet eingebaut und identisch zueinander gepolt sowie achsensymmetrisch gegenüberliegend zueinander positioniert. Die dritte Elektrode 40 ist unterschiedlich zu den Elektroden 16, 18 gepolt.
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Die Elektrode 40 umfasst einen geraden Mittelsteg 42 als Basisteil 22, der sich von einem Punkt eines Außenrands 30 zu einem gegenüberliegenden Punkt des Außenrands 30 erstreckt. Hierbei verläuft der Mittelsteg 42 durch einen Mittelpunkt oder Mittelbereich der Heizvorrichtung 12 und des Abgaskanals 13.
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Vom Mittelsteg 42 stehen mehrere Fortsätze 24 in entgegengesetzten Richtungen zu den Basisteilen 22 oder genauer den C-förmigen Randstegen 36 der Elektroden 16, 18 hin ab. Die Fortsätze 24 der Elektrode 40 erstrecken sich hierbei zwischen benachbarte Fortsätze 24 der ersten Elektrode 16 bzw. der zweiten Elektrode 18.
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Die Fortsätze 24 aller Elektroden 16, 18, 40 sind parallel zueinander.
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In Bezug auf die Optionen der Heizstruktur 20 bzw. die Heizkomponenten 34 sei auf die Erläuterung zu 3 verwiesen.
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In 5 ist die dritte Ausführungsform der Heizvorrichtung 12 dargestellt.
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Die erste Elektrode 16 weist hier einen umfangsmäßig geschlossenen Randsteg 36 als Basisteil 22 auf. Der Randsteg 36 verläuft hierbei entlang des Außenrands 30 der Heizvorrichtung 12.
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Vom Randsteg 36 stehen mehrere Fortsätze 24 radial nach innen ab. Die Fortsätze 24 sind in Umfangsrichtung in einem gleichen Winkelabstand zueinander positioniert.
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In einem verzweigten Bereich 43 stehen kürzere Fortsätze 24` radial nach innen.
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Die zweite Elektrode 18 weist hier ein zentrales Element 44 als Basisteil 22 auf, das in einem Mittelbereich der Heizvorrichtung 12 angeordnet ist. Vom zentralen Element 44 stehen mehrere Fortsätze 24 in radialer Richtung nach außen hin ab.
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Im verzweigten Bereich 43 hat die zweite Elektrode 18 Queräste 46, die sich z.B. längs eines Kreissegments erstrecken. Von diesen Querästen 46 ausgehend ragen Fortsätze 24" zwischen benachbarte Fortsätze 24'. Der Bereich 43 kann an einem kälteren Strömungsabschnitt vorgesehen sein. Alternativ ist die Heizvorrichtung über den ganzen Querschnitt so wie im Bereich 43 ausgeführt.
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Die Heizkomponenten 34 sind jeweils als umfangsmäßig geschlossene Ringe 48 ausgebildet, die koaxial zueinander positioniert sind.
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Die Ringe 48 einer Gruppe 50 innerer Ringe 48 weisen jeweils eine geringere Querschnittsfläche auf als die Ringe 48 einer Gruppe 52 mittlerer Ringe 48 und einer Gruppe 54 äußerer Ringe 48. Die Ringe 48 der Gruppe 52 mittlerer Ringe 48 haben jeweils eine kleinere Querschnittsfläche als die Ringe 48 der Gruppe 54 äußerer Ringe 48.
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Die Ringe 48 radial weiter aussen liegender Gruppen haben demnach jeweils eine größere Querschnittsfläche als die Ringe 48 radial weiter innen liegender Gruppen, um mehr Energie übertragen zu können.
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Selbstverständlich kann vorgesehen sein, dass alle Ringe 48 eine unterschiedliche Querschnittsfläche aufweisen und dementsprechend sich die Querschnittsflächen der Ringe 48 mit zunehmendem Abstand vom mittleren Element 44 stetig vergrößern.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Heizstruktur 20 eine geometrisch andere Form aufweist, beispielsweise eine Spirale, die ausgehend vom mittleren Element 44 spiralförmig zum Außenrand 30 hin verläuft. Die Spirale kann dann selbstverständlich auch aus mehreren Heizkomponenten 34 gebildet sein.
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In den 6 bis 8 sind verschiedene Ausführungsformen der Heizstruktur 20 bzw. der Heizkomponenten 34 sowie deren Anbringung an die Fortsätze 24 der Elektroden 16, 18, 40 gezeigt.
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Jeder Fortsatz 24 weist in Abgasführungsrichtung 11 gesehen zwei entgegengesetzte Stirnseiten 56 auf, wobei die in Abgasführungsrichtung 11 gesehen vordere Stirnseite 56 eine Frontseite 58 und die hintere Stirnseite 56 eine Rückseite 60 bildet.
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Weiterhin haben die Fortsätze 24 in Richtung orthogonal zur Abgasströmungsrichtung 11 zwei entgegengesetzte Lateralseiten 62, die die Frontseite 58 und die Rückseite 60 verbinden. Die Lateralseiten 62 benachbarter Fortsätze 24 liegen sich gegenüber.
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In der in 6 gezeigten Ausführungsform verlaufen eine erste Heizkomponente 34 z.B. bogenförmig von Frontseite 58 zu Frontseite 58 benachbarter Fortsätze 24 verschiedener Elektroden 16, 18 und eine zweite Heizkomponente 34, z.B. bogenförmig von Rückseite 60 zu Rückseite 60 benachbarter Fortsätze 24 verschiedener Elektroden 16, 18. Dritte Heizkomponenten 34 sind jeweils als Ringe oder Spiralen zwischen den Lateralseiten 62 benachbarter Fortsätze 24 verschiedener Elektroden 16, 18 angeordnet und mit den Elektroden 16, 18 mechanisch und elektrisch gekoppelt.
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Die erste Heizkomponente 34 bildet demnach eine erste Heizschicht 64, die dritten Heizkomponenten 34 eine zweite Heizschicht 66 und die zweite Heizkomponente 34 eine dritte Heizschicht 68.
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Die Heizkomponenten 34 der ersten Heizschicht 64 und der dritten Heizschicht 68 können - in Abgasströmungsrichtung 11 gesehen - exakt hintereinander oder versetzt zueinander angeordnet sein.
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Die Heizschichten 64, 68 können durch verschiedenste Heizkomponenten 34 gebildet sein. Beispielsweise sind die erste Heizschicht 64 und die dritte Heizschicht 68 durch Streifen 38 (wie in 3 und 4) oder durch Ringe 48 (wie in 5) gebildet.
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Alternativ kann die erste Heizschicht 64 durch Heizstreifen 38 und die dritte Heizschicht 68 durch Ringe 48 gebildet sein.
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Selbstverständlich kann auch eine andere Anzahl an Heizschichten vorhanden sein, beispielsweise kann die Heizvorrichtung 12 lediglich die erste Heizschicht 64, die zweite Heizschicht 66 und/oder die dritte Heizschicht 68 aufweisen.
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Eine zweite Ausführungsform ist in 7 dargestellt.
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Hier sind die erste Heizschicht 64 und die dritte Heizschicht 68 zwischen den Fortsätzen 24 „verflochten“.
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Dabei verläuft eine erste Heizkomponente 34 von Frontseite 58 zu Rückseite 60 benachbarter Fortsätze 24 verschiedener Elektroden 16, 18 und die zweite Heizkomponente 34 entgegengesetzt zur ersten Heizkomponente 34 von Rückseite 60 zu Frontseite 58 benachbarter Fortsätze 24 verschiedener Elektroden 16, 18.
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Durch eine derartige Erstreckung der Heizkomponenten 34 können beispielsweise ein oder mehrere Streifen 38 oder ein oder mehrere Ringe 48 gebildet sein.
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In 8 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt.
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Die Heizkomponenten 34 der ersten und dritten Heizschicht 64, 68 sind hier als Spiralen ausgebildet, die sich wendelförmig von Fortsatz 24 zu Fortsatz 24 erstreckt.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform gemäß 6 erstrecken sich die Spiralen nicht in der zweiten Heizschicht 66 zwischen den Lateralseiten 62 benachbarter Fortsätze 24, sondern in der ersten Heizschicht 64 und der dritten Heizschicht 68 von Frontseite 58 zu Frontseite 58 bzw. Rückseite 60 zu Rückseite 60.
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Selbstverständlich kann auch eine zweite Heizschicht 66 vorgesehen sein.
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Die Spiralen der ersten Heizschicht 64 und der dritten Heizschicht 68 können auch hier Streifen 38 oder Ringe 48 bilden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass eine der Heizschichten 64, 68 Streifen 38 als Heizkomponenten 34 aufweist und die andere der Heizschichten 64, 68 Ringe 48 als Heizkomponenten 34 aufweist.
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Es können auch nur eine oder zwei oder mehr als drei Heizschichten vorgesehen sein.
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Im Allgemeinen können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen gemäß der 3 bis 8 frei miteinander kombiniert werden.
