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In Abgassystemen von Kraftfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor sind üblicherweise Katalysatoren vorgesehen, um Emissionen zu reduzieren. Damit eine katalytische Oxidation unmittelbar nach einem Kaltstart optimal ablaufen kann, ist es bekannt, Heizvorrichtungen vorzusehen, die den Katalysator auf eine Reaktionstemperatur erwärmen. Des Weiteren kann eine abgasdurchströmte Heizvorrichtung vorgesehen sein, die stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist und die eingerichtet ist, das Abgas zu erwärmen, bevor es den Katalysator durchströmt. Die Montage sowie die Lagerung derartiger Heizvorrichtung in Abgassystemen ist in der Regel aufwendig. Zudem sind derartige Heizvorrichtungen im Betrieb hohen Belastungen aufgrund von starken Temperaturschwankungen und Vibrationen im Fahrzeug ausgesetzt, was sich negativ auf die Lebensdauer der Heizvorrichtung auswirkt.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizvorrichtung für ein Abgassystem eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die besonders einfach montierbar ist und die den im Fahrzeug herrschenden Belastungen standhalten kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Heizvorrichtung für ein Abgassystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem Abgas durchströmten Heizelement, mindestens einer elektrisch nicht-leitenden Stützstruktur aus einem starren Material, wobei die Stützstruktur auf einer Stirnseite des Heizelements angeordnet ist, und mit einer Haltevorrichtung, die ausgebildet ist, die Heizvorrichtung in einem abgasführenden Rohr eines Abgassystems zu befestigen, wobei die Haltevorrichtung mindestens ein elastisches Element umfasst, das über die Stützstruktur eine Haltekraft auf das Heizelement ausübt.
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Mittels des elastischen Elements werden sowohl die mindestens eine Stützstruktur als auch das Heizelement zuverlässig im Abgassystem gehalten. Das mindestens eine elastische Element sorgt insbesondere dafür, dass stets eine ausreichend große Haltekraft auf die Stützstruktur und das Heizelement ausgeübt wird. Genauer gesagt können durch das elastische Element Ausdehnungen der einzelnen Komponenten des Abgassystems aufgrund von Temperaturschwankungen kompensiert werden.
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Die Stützstruktur dient der Abstützung des Heizelements. Insbesondere sorgt die Stützstruktur dafür, dass das Heizelement dem durch den Abgasstrom auf das Heizelement ausgeübten Druck dauerhaft standhalten kann. Somit trägt die Stützstruktur zu einer langen Lebensdauer der Heizvorrichtung bei.
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Dadurch, dass die Stützstruktur elektrisch nicht leitend ist, kann auf eine zusätzliche Isolierung zwischen der Haltevorrichtung und dem Heizelement verzichtet werden.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist, dass keine zusätzliche Befestigung zwischen der Stützstruktur und dem Heizelement erforderlich ist, da das elastische Element der Haltevorrichtung die Stützstruktur gegen das Heizelement mit einer Haltekraft beaufschlagt und so die Stützstruktur in Kontakt mit dem Heizelement hält.
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Gemäß einer Ausführungsform hat die Haltevorrichtung mindestens einen Befestigungsring und das mindestens eine elastische Element geht integral in den Befestigungsring über. Indem das elastische Element integral in den Befestigungsring übergeht, kann die Heizvorrichtung aus besonders wenigen Einzelkomponenten gefertigt sein, was die Montage der Heizvorrichtung vereinfacht.
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Der Befestigungsring hat beispielsweise einen Umfangsabschnitt, welcher der Mantelfläche des Heizelements gegenüberliegt, sowie einen stirnseitigen Abschnitt, der durch das mindestens eine elastische Element gebildet ist. Der Umfangsabschnitt dient der einfachen Befestigung der Haltevorrichtung in einem abgasführenden Rohr. Der stirnseitige Abschnitt dient als axialer Anschlag und ermöglicht die axiale Positionierung des Heizelements und der mindestens einen Stützstruktur in einem abgasführenden Rohr eines Abgassystems.
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Beispielsweise hat die Haltevorrichtung eine Vielzahl von elastischen Elementen, die sich am Befestigungsring ausgehend von einem Ende des Umfangsabschnitts nach radial innen erstrecken.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine elastische Element eine in den Befestigungsring übergehende Lasche, insbesondere wobei am Innenumfang des Befestigungsrings zahlreiche Laschen angeformt sind, die eine stirnseitige Klemmkraft zur Halterung des Heizelements aufbringen. Damit lässt sich der Befestigungsring besonders einfach als umgeformtes Blechteil fertigen.
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Die Laschen werden beispielsweise gebildet, indem ein nach radial innen ragender Kragen des Befestigungsrings mit Schlitzen versehen wird.
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Der Befestigungsring ist vorzugsweise einteilig gefertigt.
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Beispielsweise ist der Befestigungsring aus einem Federstahl.
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Der Befestigungsring hat vorzugsweise einen L-förmigen, umlaufenden Querschnitt. Dabei dient einer der Schenkel des L, insbesondere der Umfangsabschnitt des Befestigungsrings, zur Befestigung der Haltevorrichtung in einem abgasführenden Rohr eines Abgassystems, während der andere Schenkel des L, insbesondere der Schenkel, in dem die Laschen gebildet sind, zur Ausübung einer Haltekraft auf die Stützstruktur und das Heizelement ausgebildet ist. Durch die L-Form des Befestigungsrings ist die Haltevorrichtung an die Form der Heizvorrichtung angepasst, wodurch die Heizvorrichtung besonders kompakt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat der Befestigungsring einen U-förmigen, umlaufenden Querschnitt. Ein derartiger Querschnitt des Befestigungsrings kann der besseren Positionierung der Stützstruktur dienen.
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Um die Heizvorrichtung in einer definierten Position in einem Abgassystem zu lagern, sind vorzugsweise zwei Befestigungsringe vorgesehen, zwischen denen das Heizelement und die mindestens eine Stützstruktur angeordnet sind, wobei sich die Umfangsabschnitte der beiden Befestigungsringe axial überlappen und im Überlappungsbereich miteinander verbunden sein können.
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Vorzugsweise hat die Haltevorrichtung auf beiden Stirnseiten der Heizvorrichtung elastische Elemente, zwischen denen das Heizelement axial geklemmt ist, sodass von beiden Seiten aus eine elastische Verspannkraft auf das Heizelement wirkt.
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Insbesondere umfasst die Haltevorrichtung zwei Befestigungsringe, axial zwischen denen das Heizelement und die zumindest eine Stützstruktur angeordnet sind. Dies trägt ebenfalls zu einer kompakten Bauweise der Heizvorrichtung bei.
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Vorzugsweise ist an jeder Stirnseite des Heizelements eine Stützstruktur vorgesehen, welche die zugeordnete Stirnseite abstützt. Dadurch wird das Heizelement besonders stabil abgestützt, sodass das Heizelement sowohl dem durch den Abgasstrom auf das Heizelement ausgeübten Druck als auch Vibrationen im Fahrbetrieb und sonstigen Belastungen standhalten kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die mindestens eine Stützstruktur mehrteilig und die einzelnen Teile der Stützstruktur werden mittels der Haltevorrichtung gegeneinander und gegen das Heizelement mit einer Haltekraft beaufschlagt. Damit wird der Vorteil erreicht, dass zur Verbindung der einzelnen Teile der Stützstruktur keine separaten Befestigungsmittel notwendig sind, sondern die einzelnen Teile der Stützstruktur alleine mittels der durch das mindestens eine elastische Element erzeugten Haltekraft aneinander gehalten sind. Indem die Stützstruktur mehrteilig ist, können Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, und zwar dadurch, dass die Positionen der einzelnen Teile der Stützstruktur zueinander variieren kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Stützstruktur optimal an dem Heizelement anliegt und dieses zuverlässig abstützt.
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Alternativ ist auch denkbar, dass die Stützstruktur einteilig gefertigt ist.
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Die Stützstruktur hat beispielsweise einen am Außenrand des Heizelements entlang verlaufenden Stützring und mindestens ein den Stützring und das Heizelement querendes, länglich geformtes Stützelement, das mit dem Stützring verbunden ist und das Heizelement an der zugeordneten Stirnseite berührt. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Heizelement über seine Stirnseite hinweg gleichmäßig abgestützt wird.
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Der Stützring kann mehrteilig sein, wodurch die Herstellung der Stützstruktur vereinfacht werden kann.
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Der Stützring verläuft in montiertem Zustand der Heizvorrichtung insbesondere entlang einer Mantelfläche des Heizelements. Auf diese Weise wird das Heizelement durch die elektrisch nicht leitende Stützstruktur zuverlässig gegenüber der Haltevorrichtung und gegenüber dem abgasführenden Rohr isoliert.
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Vorzugsweise hat der Stützring ein L-förmiges Profil, wobei ein Schenkel des L entlang der Mantelfläche des Heizelements und der weitere Schenkel des L entlang einer Stirnfläche des Heizelements verläuft.
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Alternativ kann die Stützstruktur mindestens ein Stützsegment, das am Außenrand des Heizelements entlang verläuft, und mindestens ein das Heizelement querendes, länglich geformtes Stützelement haben, das das Heizelement an der zugeordneten Stirnseite berührt. Diese Ausführungsform hat gegenüber der Ausführungsform mit einem umlaufenden Stützring den Vorteil, dass der Materialeinsatz reduziert ist.
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Vorzugsweise hat die Stützstruktur mehrere Stützsegmente, die am Außenrand des Heizelements entlang verlaufen und in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Dadurch ist eine besonders gleichmäßige Abstützung des Heizelements möglich.
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Das mindestens eine Stützsegment kann in dem Befestigungsring aufgenommen sein, wobei ein Befestigungsring mit einem U-förmigen Querschnitt diesbezüglich vorteilhaft ist.
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Vorzugsweise hat die Stützstruktur mehrere länglich geformte Stützelemente, womit eine besonders gleichmäßige Abstützung des Heizelements erreicht wird.
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Gemäß einer Ausführungsform überkreuzen sich bei Vorhandensein mehrerer länglicher Stützelemente zumindest zwei der Stützelemente. Dadurch kann wiederum ein Durchbiegen der Stützelemente vermieden werden, wodurch die Abstützung des Heizelements zusätzlich verbessert ist.
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Die Stützstruktur kann in Draufsicht auf eine Stirnseite der Heizvorrichtung gitterförmig sein. Dies ermöglicht eine zuverlässige und besonders gleichmäßige Abstützung des Heizelements, während gleichzeitig der Strömungswiderstand durch die Stützstruktur lediglich geringfügig beeinträchtigt wird.
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Die Stützstruktur hat vorzugsweise mehrere separate Anlagepunkte, die an dem Heizelement anliegen. Dies trägt ebenfalls zu einer stabilen und gleichmäßigen Abstützung bei. Zudem lässt sich die Position der Anlagepunkte an das Design des Heizelements anpassen. Insbesondere können die Anlagepunkte gezielt in Bereichen vorgesehen sein, in denen besonders starke Belastungen des Heizelements auftreten.
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An dem länglichen Stützelement, bei mehreren Stützelementen an jeden der Stützelemente, sind vorzugsweise maximal zwei Auflagepunkte vorhanden. Bei maximal zwei Auflagepunkten kann eine ausbalancierte Abstützung des Heizelements durch ein Stützelement erreicht werden.
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Das Heizelement ist beispielsweise ein geschäumtes Widerstandsheizelement. Derartige Heizelemente sind besonders robust und können den Belastungen, die in einem Abgassystem auftreten, standhalten. Beispielsweise kann das Heizelement einen Metallschaum umfassen.
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Die Stützstruktur kann aus einem keramischen Material oder aus einem mit einer Isolationsschicht beschichteten Metall gebildet sein. Dadurch ist die Stützstruktur ausreichend stabil und kann gleichzeitig für eine zuverlässige Isolierung sorgen.
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Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Abgassystem mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung und mit einem Katalysator, wobei die Heizvorrichtung stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein durch das Abgassystem strömendes Abgas durch die Heizvorrichtung erwärmt werden, bevor es den Katalysator erreicht.
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Das Abgassystem umfasst insbesondere ein abgasführendes Rohr und die Haltevorrichtung der Heizvorrichtung ist in dem abgasführenden Rohr befestigt, insbesondere verklemmt, verlötet oder verschweißt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Abgassystem mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
- - 2 einen Teil eines erfindungsgemäßen Abgassystems in einer Explosionsdarstellung,
- - 3 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teils des Abgassystems,
- - 4 die erfindungsgemäße Heizvorrichtung in einer Draufsicht,
- - 5 das Heizelement der Heizvorrichtung in einer Draufsicht,
- - 6 eine Detailansicht im Bereich eines Kontaktelements,
- - 7 eine Stützstruktur in einer Explosionsdarstellung,
- - 8 eine Stützstruktur in einer Draufsicht,
- - 9 einen Schnitt entlang der Linie A-A in 8,
- - 10 einen Schnitt entlang der Linie B-B in 8,
- - 11 eine Stützstruktur in einem montierten Zustand,
- - 12 ein Heizelement mit der Stützstruktur,
- - 13 eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
- - 14 einen Teil der Heizvorrichtung aus 13 in einer Explosionsdarstellung.
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1 veranschaulicht schematisch ein Abgassystem 10 mit einer Heizvorrichtung 12 und einem Katalysator 14.
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Die Heizvorrichtung 12 und der Katalysator 14 sind in einem abgasführenden Rohr 16 des Abgassystems 10 angeordnet, derart, dass sowohl die Heizvorrichtung 12 als auch der Katalysator 14 von Abgas durchströmt werden.
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Die Heizvorrichtung 12 ist dabei stromaufwärts des Katalysators 14 angeordnet, sodass die Heizvorrichtung 12 das Abgas erwärmen kann, bevor es durch den Katalysator 14 strömt. Dadurch wird die katalytische Oxidation insbesondere direkt nach einem Kaltstart verbessert und Emissionen werden reduziert, da der Katalysator 14 schnell aufgeheizt wird.
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2 zeigt die Heizvorrichtung 12 aus 1 sowie einen Abschnitt des abgasführenden Rohrs 16 in einer Explosionsdarstellung.
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Die Heizvorrichtung 12 umfasst ein elektrisches Heizelement 18, Stützstrukturen 20 sowie eine Haltevorrichtung 22.
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Genauer gesagt umfasst die Heizvorrichtung 12 jeweils eine Stützstruktur 20 an jeder Stirnseite des Heizelements 18, wobei die Stützstrukturen 20 das Heizelement 18 an der zugeordneten Stirnseite abstützen.
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Die Stützstrukturen 20 liegen lose an dem Heizelement 18 an.
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Die Haltevorrichtung 22 umfasst zwei Befestigungsringe 24, axial zwischen denen die Stützstrukturen 20 und das Heizelement 18 angeordnet und geklemmt sind.
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Des Weiteren umfasst die Heizvorrichtung 12 mehrere elastische Elemente 26, die über die Stützstrukturen 20 eine Haltekraft auf das Heizelement 18 ausüben. Anders ausgedrückt sind das Heizelement 18 und die Stützstrukturen 20 zwischen den elastischen Elementen 26 eingeklemmt. Insbesondere hat die Haltevorrichtung 22 auf beiden Stirnseiten der Heizvorrichtung 12 elastische Elemente 26, zwischen denen das Heizelement 18 axial geklemmt ist.
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Die elastischen Elemente 26 gehen jeweils integral in einen Befestigungsring 24 über. Das heißt, die elastischen Elemente 26 und der Befestigungsring 24 sind einteilig ausgebildet.
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Die Befestigungsringe 24 sind insbesondere Blechteile.
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Die Form der Befestigungsringe 24 wird in 3 besonders deutlich, die eine perspektivische Schnittdarstellung durch die in einem abgasführenden Rohr 16 angeordnete Heizvorrichtung 12 zeigt.
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Die Befestigungsringe 24 haben jeweils einen Umfangsabschnitt 28, welcher der Mantelfläche 30 des Heizelements 18 gegenüberliegt.
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Zwischen dem Umfangsabschnitt 28 der Befestigungsringe 24 und der Mantelfläche 30 des Heizelements 18 ist jeweils ein Teil der Stützstrukturen 20 angeordnet. Das Heizelement 18 ist somit durch die Stützstrukturen 20 radial von den Befestigungsringen 24 beabstandet.
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Die elastischen Elemente 26 sind jeweils durch eine in den Befestigungsring 24 übergehende Lasche 31 gebildet, insbesondere wobei am Innenumfang des Befestigungsrings 24 zahlreiche Laschen 31 angeformt sind. Genauer gesagt gehen die Laschen 31 in den Umfangsabschnitt 28 über.
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Die Laschen 31 erstrecken sich ausgehend von Innenumfang des Befestigungsrings 24 nach radial innen. Das heißt, die Befestigungsringe 24 haben einen L-förmigen, umlaufenden Querschnitt.
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Beispielsweise sind die Befestigungsringe 24 umgeformte Blechteile 24, wobei die Laschen 32 durch Schlitze in den Befestigungsringen 24 gebildet sind.
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Die Laschen 31 bringen eine stirnseitige Klemmkraft zur Halterung des Heizelements 18 auf. Dabei liegen die Laschen 31 nicht direkt auf dem Heizelement 18 auf, sondern auf der Stützstruktur 20, sodass eine Haltekraft über die Stützstruktur 20 auf das Heizelement 18 übertragen wird.
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Insbesondere sind sowohl die Umfangsabschnitte 28 als auch die Laschen 31 der Befestigungsringe 24 von dem Heizelement 18 beabstandet, sodass die Befestigungsringe 24 das Heizelement 18 an keiner Stelle direkt berühren. Der Abstand ergibt sich durch die Stützstrukturen 20, die zwischen den Befestigungsringen 24 und dem Heizelement 18 angeordnet sind. Auf diese Weise sorgen die Stützstrukturen 20 für eine Isolierung des Heizelements 18.
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Die Umfangsabschnitte 28 der Befestigungsringe 24 überlappen sich axial in der dargestellten Ausführungsform. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Umfangsabschnitte 28 in axialer Richtung betrachtet voneinander beabstandet sind oder die Umfangsabschnitte direkt aneinander anschließen.
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Durch die Überlappung kann die Befestigung der Haltevorrichtung 22 vereinfacht sein. Wie in 3 zu sehen ist, ist die Haltevorrichtung 22 in dem abgasführenden Rohr 16 verklemmt, indem an der axialen Position der Haltevorrichtung 22 Prägungen 32 vorgesehen sind. Durch die Überlappung sind weniger Prägungen 32 zur Befestigung der Haltevorrichtung 22 erforderlich als bei nicht überlappenden Befestigungsringen 24.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Befestigung der Haltevorrichtung 22 durch Löten oder Schweißen erfolgen.
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Aus 3 geht des Weiteren hervor, dass die Höhe der Umfangsabschnitte 28 der Befestigungsringe 24 variiert. Dadurch überlappt in einem ersten Bereich ein stromaufwärts des Heizelements 18 angeordneter Befestigungsring 24 den stromabwärts des Heizelements 18 angeordneten Befestigungsring 24 (in 3 rechts), während in einem zweiten Bereich der stromabwärts des Heizelements 18 angeordnete Befestigungsring 24 den stromaufwärts des Heizelements 18 angeordneten Befestigungsring 24 überlappt (in 3 links).
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Das Heizelement 18 ist beispielsweise als geschäumtes Widerstandsheizelement ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 18 scheibenförmig.
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Beispielsweise ist das Heizelement 18 aus einem Schaumteil gebildet, wobei das Schaumteil ein elektrisch leitendes Material umfasst.
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4 zeigt die Heizvorrichtung 12 in einer Draufsicht und 5 ein Heizelement 18 für die Heizvorrichtung 12 in einer Draufsicht.
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Zur Bestromung des Heizelements 18 sind Kontaktelemente 36 vorgesehen, die das Heizelement 18 an seiner Mantelfläche 30 kontaktieren. Eine Detailansicht der Heizvorrichtung 12 im Bereich der Kontaktelemente 36 ist in 6 dargestellt.
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Durch die Bestromung erwärmt sich das Heizelement 18 insgesamt, sodass Abgas, welches durch das Heizelement 18 strömt, ebenfalls erwärmt wird.
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Das Heizelement 18 hat vorzugsweise Aussparungen 38, die sich ausgehend von einer Mantelfläche 30 des Heizelements 18 spiralförmig durch das Heizelement 18 erstrecken. Durch die Aussparungen 38 ist der Strömungswiderstand des Heizelements 18 reduziert, sodass Abgas leichter durch das Heizelement 18 strömen kann. Zudem wird durch die Aussparungen eine turbulente Strömung des Abgases erzeugt.
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Darüber hinaus kann das Heizelement 18 durch seine geschäumte Struktur durchlässig für Abgas sein.
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Die Aussparungen 38 dienen außerdem dazu, einen Weg des elektrischen Stroms durch das Heizelement 18 zu definieren. Insbesondere ist ein Strompfad 34 durch das Heizelement 18 mittels der Aussparungen 38 gegenüber einem Heizelement 18 ohne Aussparungen 38 deutlich verlängert, was zu einer besseren Bestromung und damit zu einer gleichmäßigeren Erwärmung des Heizelements 18 führt.
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Der prinzipielle Strompfad 34 ist in 4 durch eine Linie veranschaulicht.
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Die Form der Stützstrukturen 20 wird anhand der 7 bis 11 im Detail beschrieben.
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7 zeigt eine Stützstruktur 20 ein einer Explosionsdarstellung.
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Anhand von 7 wird deutlich, dass jede der beiden Stützstrukturen 20 der Heizvorrichtung 12 jeweils mehrteilig ist.
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In einem montierten Zustand der Heizvorrichtung 12, wie in 3 gezeigt, sind die einzelnen Teile der Stützstruktur 20 mittels der Haltevorrichtung 22 gegeneinander und gegen das Heizelement 18 mit einer Haltekraft beaufschlagt.
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Die Stützstruktur 20 umfasst einen Stützring 40 und mehrere länglich geformte Stützelemente 42.
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Der Stützring 40 besteht wiederum aus zwei bogenförmigen Teilen, die umfangsmäßig ineinander gesteckt werden können.
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Die länglich geformten Stützelemente 42 queren den Stützring 40 und liegen mit ihren Endabschnitten 44 auf dem Stützring 40 auf.
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Um die länglichen Stützelemente 42 am Stützring 40 zu positionieren, sind im Stützring 40 Kerben 46 gebildet. Die Stützelemente 42 können mit ihren Endabschnitten 44 in den Kerben 46 liegen.
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Von den länglich geformten Stützelementen 42 kreuzen sich mindestens zwei Stützelemente 42, beispielsweise in einem rechten Winkel. Zu diesem Zweck ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eines der Stützelemente 42, insbesondere das in Draufsicht auf die Stützstruktur 20 oben liegende Stützelement 42, zumindest abschnittsweise gegenüber dem Stützring 40 erhöht. Dies geht auch aus der in 3 gezeigten Schnittdarstellung hervor.
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Darüber hinaus verlaufen mehrere Stützelemente 42, im Ausführungsbeispiel vier Stützelemente 42, parallel zueinander. Dies ist jedoch nicht einschränkend.
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Somit ist die Stützstruktur 20 in Draufsicht auf eine Stirnseite der Heizvorrichtung 12 gitterförmig. Dies ist besonders deutlich in 8 zu sehen, die eine Draufsicht auf die Stützstruktur 20 zeigt.
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Die Stützelemente 42 berühren das Heizelement 18 an den zugeordneten Stirnseiten.
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Der Stützring 40 verläuft am Außenrand des Heizelements 18 entlang. Dabei kann der Stützring 40 die Stirnseite des Heizelements 18 an ihrem äußeren Rand berühren. Zusätzlich verläuft der Stützring 40 entlang der Mantelfläche 30 des Heizelements 18 und kann diese berühren. Es kann jedoch auch ein geringer radialer Abstand zwischen der Mantelfläche 30 und dem Stützring 40 vorhanden sein.
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Die Stützstruktur 20 hat zudem mehrere separate Anlagepunkte 48, die an dem Heizelement 18 anliegen (siehe auch 6).
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Die Anlagepunkte 48 sind insbesondere an den länglich geformten Stützelementen 42 gebildet.
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Jedes der Stützelemente 42 hat mindestens einen, vorzugsweise genau zwei Zapfen 50, die an einer zum Heizelement 18 hin gerichteten Seite des Stützelements 42 angeformt sind und an denen die Anlagepunkte 48 gebildet sind.
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Die Stützelemente 42 berühren folglich das Heizelement 18 nicht entlang ihrer gesamten Länge, sondern lediglich mit den Zapfen 50.
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Im Stützring 40 ist eine Aussparung 52 vorgesehen, durch die sich das Kontaktelement 36 hindurch erstrecken kann.
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9 zeigt einen Schnitt durch die Stützstruktur 20 entlang der Linie A-A in 8. In 9 ist insbesondere die Steckverbindung zwischen den beiden Teilen des Stützrings 40 veranschaulicht.
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10 zeigt einen Schnitt durch die Stützstruktur 20 entlang der Linie B-B in 8. In 10 ist insbesondere ein Schnitt im Bereich einer Kerbe 46 gezeigt, in der ein Stützelement 42 liegt.
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Die einzelnen Teile der Stützstruktur 20 sind starr.
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Die Stützstruktur 20 ist elektrisch nicht leitend. Zum Beispiel sind die einzelnen Teile der Stützstruktur 20 aus eine keramischen Material oder aus einem mit einer Isolationsschicht beschichteten Metall gebildet.
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11 zeigt das Stützelement 20 in einer perspektivischen Ansicht in einem montierten Zustand.
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12 zeigt ergänzend das Heizelement 18 mit einer Stützstruktur 20 an einer Stirnseite des Heizelements 18.
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Die 13 und 14 zeigen eine Heizvorrichtung 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Für gleiche Strukturen mit gleichen Funktionen, die von der obigen Ausführungsform bekannt sind, werden im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen, wobei nachfolgend auf die Unterschiede der jeweiligen Ausführungsformen eingegangen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Die Ausführungsform gemäß den 13 und 14 unterscheidet sich von der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform durch die Form der Stützstrukturen 20 und die Form der Haltevorrichtung 22.
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Anstelle eines umlaufenden Stützrings 40 weist jede Stützstruktur 20 mehrere einzelne Stützsegmente 54 auf. Diese sind in montiertem Zustand an einem Außenrand des Heizelements 18 angeordnet.
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Die Stützsegmente 54 sind vorzugsweise gekrümmt, wobei die Krümmung einem Radius des Heizelements 18 entspricht.
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Zudem sind die Stützsegmente 54 im Querschnitt L-förmig. Die Stützsegmente 54 liegen somit an einer Stirnfläche des Heizelements 18 an und erstrecken sich zudem entlang der Mantelfläche 30 des Heizelements 18.
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Zusätzlich zu den Stützsegmenten 54 weist die Stützstruktur 20, wie auch die vorhergehend in Zusammenhang mit den 2 bis 12 beschriebene Stützstruktur 20, mehrere länglich geformte Stützelemente 42 auf. Diese verlaufen parallel zueinander.
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Wie in 13 zu sehen ist, umfasst die Stützstruktur 20 vier Stützsegmente 54, wobei sich jeweils zwei Stützelemente 54 entlang eines Außenrands des Heizelements 18 gegenüberliegen.
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Insbesondere sind jeweils zwei Stützsegmente 54 beidseits der parallel verlaufenden Stützelemente 42 angeordnet. Dadurch wird eine besonders gleichmäßige Abstützung des Heizelements 18 erreicht.
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Die Befestigungsringe 24 sind in dieser Ausführungsform ebenfalls als Blechteile ausgebildet.
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In den Befestigungsringen 24 sind Aufnahmen 56 für die Stützsegmente 54 geformt.
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Insbesondere haben die Befestigungsringe 24 einen U-förmigen Querschnitt, wobei der Querschnitt im Bereich der Aufnahmen 56 jeweils aufgeweitet ist. Dadurch können Stützsegmente 54 in einer definierten Position positioniert werden.
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Die elastischen Elemente 26 der Haltevorrichtung 22 dienen bei der in den 13 und 14 dargestellten Ausführungsform nicht nur dazu, eine Haltekraft auf die Stützstrukturen 20 und das Heizelement 18 auszuüben, sondern auch dazu, die länglichen Stützelemente 42 zu positionieren.
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Zu diesem Zweck sind die elastischen Elemente 26, insbesondere die Laschen 31, als Profilabschnitte ausgebildet, wobei das Profil der Laschen 31 entsprechend dem Querschnitt der länglichen Stützelemente 42 geformt ist, sodass die Endabschnitte der Stützelemente 42 in den Laschen 31 aufgenommen werden können.
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Die Laschen 31 verlaufen jeweils paarweise koaxial zueinander. So können die entgegengesetzten Endabschnitte eines Stützelements 42 in den Laschen 31 aufgenommen sein, wodurch die Stützelemente 42 besonders zuverlässig ein einer definierten Position gehalten sind.
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Insgesamt betrachtet sind die Befestigungsringe 24 schalenförmig ausgebildet, wobei die Stützstrukturen 20 in den Befestigungsringen 24 aufgenommen sind.
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Damit die elastischen Elemente 26 die notwendige Haltekraft auf die Stützstrukturen 20 und das Heizelement 18 ausüben können, ist eine Wandstärke im Bereich der elastischen Elemente 26 derart gewählt, dass die elastischen Elemente 26 ausreichend flexibel sind.
