DE102021107721A1

DE102021107721A1 - Heizelement für eine Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021107721A1
Application number: DE102021107721.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Sommier; Matthieu RIVERAIN; Marc Leroux; Sébastien HANAUER
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2020-03-31
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2021-09-30
Also published as: US11352925B2; CN113464249B; FR3108678A1; CN113464249A; FR3108678B1; US20210301701A1

Abstract

Heizelement (20) für eine Fahrzeugabgasreinigungsvorrichtung (10), die in einer Abgasleitung (16) angeordnet werden soll, wobei sich das Heizelement (20) um eine Mittelachse (C-C') erstreckt und Folgendes aufweist:- eine mittlere Halterung, die um die Mittelachse (C-C') definiert ist,- ein Heizgitter, das sich radial um die mittlere Halterung erstreckt, und- ein Verbindungselement mit:- mehreren Befestigungsklammern, die Folgendes umfassen:- mindestens einen ersten Abschnitt zur Verbindung der Befestigungsklammer mit dem Heizgitter,- mindestens einen zweiten Abschnitt zur Verbindung der Klammer mit der Leitung (16), der direkt oder indirekt an der Leitung (16) angebracht werden soll, und- mindestens ein Zwischenstück, das den ersten Verbindungsabschnitt mit dem zweiten Verbindungsabschnitt verbindet.Das Verbindungselement (28) ist zumindest teilweise radial nachgiebig.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement für eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Fahrzeugs, die in einer Abgaszirkulationsleitung vorzusehen ist, wobei sich das Heizelement um eine Mittelachse erstreckt und Folgendes aufweist:

- eine mittlere Halterung, die um die Mittelachse definiert ist,
- ein Heizgitter, das sich radial um die mittlere Halterung erstreckt, und
- ein Verbindungselement mit:
- - mehreren Befestigungsklammern, die Folgendes umfassen:
  - - mindestens einen ersten Abschnitt zur Verbindung der Befestigungsklammer mit dem Heizgitter,
  - - mindestens einen zweiten Abschnitt zur Verbindung der Klammer mit der Leitung, der direkt oder indirekt an der Leitung anzubringen ist, und
  - - mindestens ein Zwischenstück, das den ersten Verbindungsabschnitt mit dem zweiten Verbindungsabschnitt verbindet.

Die Erfindung betrifft auch einen Abgasstrang mit einem derartigen Heizelement und ein Fahrzeug mit einem derartigen Abgasstrang.
Abgasstränge von Fahrzeugen, die mit Verbrennungsmotoren ausgestattet sind, weisen üblicherweise Elemente zur katalytischen Reinigung auf, um beispielsweise NOx, CO und Kohlenwasserstoffe in N₂, CO₂ und H₂O umzuwandeln. Derartige Vorrichtungen sind nur dann effizient, wenn das katalytische Material eine Temperatur hat, die über einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegt.
Zu diesem Zweck sind Reinigungsvorrichtungen entwickelt worden, die ein gegenüber der stromaufwärtigen Seite eines Reinigungselements angebrachtes Heizelement aufweisen, so dass die Erwärmung des Reinigungselements beim Starten des Fahrzeugs beschleunigt wird. Derartige Heizelemente weisen ein Heizgitter und ein Verbindungselement auf, wodurch die mechanische Verbindung zwischen dem Heizgitter und einer Leitung, in der das Heizgitter untergebracht ist, gewährleistet ist.
Die bestehenden Heizelemente sind jedoch nicht vollständig zufriedenstellend. Temperaturschwankungen innerhalb der Reinigungsvorrichtung und allgemeiner innerhalb des Abgasstrangs verursachen ungleichförmige Verformungen zwischen dem Heizelement und der Leitung, in der es angeordnet ist. Derartige Schwankungen haben eine nachteilige Auswirkung auf die Lebensdauer des Heizelements.
Das Ziel der Erfindung besteht somit insbesondere darin, die Lebensdauer derartiger Heizelemente zu steigern. Es ist anzumerken, dass das Ziel der Erfindung auch darin besteht, die Leistung derartiger Heizelemente zu verbessern und den Einbau derartiger Heizelemente in Abgassträngen zu vereinfachen.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung ein wie oben beschriebenes Heizelement, bei dem das Verbindungselement zumindest teilweise radial nachgiebig ist.
Gemäß besonderen Ausführungsformen der Erfindung weist das Heizelement auch eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale auf, die einzeln oder in allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:

- das Verbindungselement weist einen elektrisch leitenden Umfangsrahmen auf, der um die Mittelachse definiert ist und einen Innenrand und einen Außenrand aufweist, wobei die mehreren Befestigungsklammern mit dem Außenrand des Umfangsrahmens verbunden sind, der erste Verbindungsabschnitt der Befestigungsklammer mit dem Umfangsrahmen verbunden ist, der Umfangsrahmen den ersten Verbindungsabschnitt mit dem Heizgitter verbindet;
- jede Befestigungsklammer ist starr, wobei der Umfangsrahmen mindestens eine Öffnung aufweist, wodurch der Umfangsrahmen an dieser Öffnung radial nachgiebig ist;
- jede Befestigungsklammer ist radial nachgiebig, wobei das Zwischenstück jeder Klammer radial eine Innenöffnung zwischen dem zweiten Verbindungsabschnitt und dem Heizgitter definiert, wobei das Zwischenstück so ausgebildet ist, dass es durch radiale Verkleinerung oder Vergrößerung der Innenöffnung elastisch verformt wird;
- der erste Verbindungsabschnitt jeder Befestigungsklammer ist bezogen auf den zweiten Verbindungsabschnitt dieser Befestigungsklammer winkelmäßig um die Mittelachse versetzt;
- das Heizgitter ist aus Strängen gebildet, die durch Knoten verbunden sind, wobei das Heizgitter einen Innenring aufweist, wobei jeder der Knoten des Innenrings bezogen auf jeden der radial daran angrenzenden Knoten winkelmäßig versetzt ist, so dass Innenlinien gebildet sind, die vorzugsweise jeweils die Form einer Kurve, einschließlich jeweils die Form einer konkaven Kurve mit konstantem Vorzeichen haben und z.B. mindestens einen Spiralabschnitt bilden;
- das Heizgitter weist einen Außenring auf, der den Innenring umgibt und durch langgestreckte Knoten, deren radiale Erstreckung größer ist als die radiale Erstreckung der Knoten des Innenrings, die an die langgestreckten Knoten angrenzen, von dem Innenring getrennt ist;
- jeder der Knoten des Außenrings ist bezogen auf jeden radial daran angrenzenden Knoten winkelmäßig versetzt, so dass Außenlinien gebildet sind, die vorzugsweise jeweils die Form einer Kurve, einschließlich jeweils die Form einer konkaven Kurve mit konstantem Vorzeichen haben und z.B. mindestens einen Spiralabschnitt bilden;
- das Heizgitter ist über langgestreckte Knoten, deren radiale Erstreckung größer ist als die radiale Erstreckung der Knoten des Innenrings, die an die langgestreckten Knoten angrenzen, mit den Befestigungsklammern verbunden;

Die Erfindung betrifft ferner einen Abgasstrang mit einer Leitung für die Abgaszirkulation und einem wie oben beschriebenen Heizelement, wobei der zweite Verbindungsabschnitt jeder Klammer mit der Leitung einstückig ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem wie oben beschriebenen Abgasstrang.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel gegeben ist und sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen Heizelement;
2 eine schematische Darstellung, parallel zu einer Abgaszirkulationsachse des Heizelements von 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel betrachtet;
3 eine schematische Darstellung des Heizelements von 2 in einer perspektivischen Ansicht;
4 eine Ansicht eines Ausschnitts IV von 2;
5 eine schematische Darstellung, parallel zu einer Abgaszirkulationsachse eines Heizelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung betrachtet;
6 eine schematische Darstellung in einer perspektivischen Ansicht eines Ausschnitts des Heizelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
7 eine schematische perspektivische Ansicht einer Heizvorrichtung mit dem Heizelement der 1 bis 4.

In der verbleibenden Beschreibung werden die Begriffe stromaufwärtig und stromabwärtig in Abhängigkeit von einer Strömungsrichtung eines Fluids ausgehend von einer Quelle definiert, wobei ein stromaufwärtiger Punkt näher an der Quelle der Strömung liegt als ein stromabwärtiger Punkt.
in 1 ist ein Fahrzeug 10 mit einem Abgasstrang 12 gezeigt. Bei dem Fahrzeug 10 handelt es sich üblicherweise um ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Auto oder einen Lastwagen.
Wie in 1 gezeigt, weist der Abgasstrang 12 z.B. einen Verbrennungsmotor 14 und eine Abgaszirkulationsleitung 16 auf, die den Verbrennungsmotor 14 mit dem Äußeren des Fahrzeugs 10 strömungsmäßig verbindet. Der Abgasstrang 12 weist ferner eine Abgasreinigungseinheit 18 und eine Heizvorrichtung 19 mit einem Abgasheizelement 20 auf.
Das Heizelement 20 und die Reinigungseinrichtung 18 liegen z.B. in ein und derselben Abgasreinigungseinrichtung. Das Heizelement 20 liegt insbesondere gegenüber dem Reinigungselement 18. Das Heizelement 20 erstreckt sich z.B. stromaufwärts oder stromabwärts einer Seite der Reinigungseinrichtung 18, z.B. in einem geringen Abstand zur Reinigungseinrichtung, insbesondere in einem Abstand von weniger als 10 cm.
Das Heizelement 20 erstreckt sich um eine Mittelachse C-C'.
Das Heizelement 20 liegt in der Abgaszirkulationsleitung 16. Das Heizelement 20 ist dazu vorgesehen, sich um eine Mittelachse der Leitung 16 zu erstrecken, wobei die Mittelachse C-C' dann im Wesentlichen auf die Mittelachse der Leitung 16 ausgerichtet ist.
Das Heizelement 20 besteht aus einem einzigen Materialstück. Das Heizelement 20 ist insbesondere vollständig aus einem leitenden Material hergestellt.
Das leitende Material ist z.B. aus Eisen-Chrom-Aluminium (FeCrAI) und seinen Legierungen, Nickel-Chrom (NiCr) und seinen Legierungen, rostfreiem Stahl, Inconel® oder Siliciumcarbid ausgewählt. Bei dem Material handelt es sich z.B. um Kanthal® A1, Nichrome® 80, Nichrome® 70, Nicrofer® oder Nikrothal® 80.
Mit Bezug auf 2 weist das Heizelement 20 eine mittlere Halterung 26, ein umlaufendes Verbindungselement 28 und ein gelochtes Heizgitter 30 auf, das sich radial zwischen der mittleren Halterung 26 und dem umlaufenden Verbindungselement 28 im Wesentlichen in einer zur Mittelachse C-C' senkrechten Ebene erstreckt.
Die mittlere Halterung 26 ist um die Mittelachse C-C' definiert. Die mittlere Halterung 26 liegt in der Mitte des Heizelements 20. Die mittlere Halterung 26 bildet z.B. eine Scheibe, durch die sich die Mittelachse C-C' erstreckt, oder einen Ring, der um die Mittelachse C-C' definiert ist.
Wie in 7 gezeigt, ist die mittlere Halterung 26 z.B. dazu vorgesehen, die elektrische Versorgung eines Heizelements 20, wie etwa eine Elektrode 31 aufzunehmen. Solche Mittel sind z.B. für die Anbringung an der mittleren Halterung 26 geeignet.
Die mittlere Halterung 26 ist einstückig ausgebildet und an ihrem Umfang mit dem Heizgitter 30 verbunden. Die mittlere Halterung 26 und das Heizgitter 30 bestehen z.B. aus ein und demselben Material.
Das Verbindungselement 28 erstreckt sich um die Mittelachse C-C' am Umfang des Heizgitters 30. Das Verbindungselement 28 ist dazu vorgesehen, das Heizelement 20 in der Leitung 16 zu halten. In einer besonderen Ausführungsform ist das Verbindungselement 28 dazu vorgesehen, das Heizelement 20 mechanisch und elektrisch mit der Leitung 16 zu verbinden.
Das Verbindungselement 28 weist eine Innenkontur 32 und eine Außenkontur 34 auf, zwischen denen es sich radial erstreckt. Die Innenkontur 32 und die Außenkontur 34 definieren gemeinsam über ihren radialen Abstand eine Breite LEC des Verbindungselements 28.
Die Innenkontur 32 des Verbindungselements 28 ist mit dem Heizgitter 30 verbunden. Bei dem beschriebenen Beispiel bestehen das Verbindungselement 28 und das Heizgitter 30 aus ein und demselben Material.
Die Außenkontur 34 des Verbindungselements 28 ist für die Verbindung mit der Leitung 16 vorgesehen.
Wie in 7 gezeigt, ist die Außenkontur 34 des Verbindungselements 28 z.B. für die direkte Verbindung mit der Leitung 16 vorgesehen. Die Außenkontur 34 ist dann dazu vorgesehen, mit der Leitung 16 in Kontakt und mit der Leitung 16 elektrisch verbunden zu sein.
In einer (nicht gezeigten) Alternative ist die Außenkontur 34 des Verbindungselements 28 für die indirekte Verbindung mit der Leitung 16 vorgesehen. „Indirekt“ bedeutet hier, dass die Außenkontur 34 des Verbindungselements 28 über ein Zwischenelement mit der Leitung verbunden und z.B. von der Leitung 16 elektrisch isoliert ist. Die Außenkontur 34 eignet sich dann z.B. für eine direkte Verbindung mit einem Verbindungsring, der von einem Isolierring umgeben ist, wobei der Isolierring den Verbindungsring mit der Leitung 16 verbindet. Die Mittel zur Stromversorgung umfassen dann mindestens eine (nicht gezeigte) zusätzliche Elektrode, die mit dem Verbindungsring verbunden ist und über die Außenkontur 34 des Verbindungselements 28 das Heizelement 20 mit Strom versorgt.
Erfindungsgemäß ist das Verbindungselement 28 radial nachgiebig. Mit anderen Worten kann die Breite LEC des Verbindungselements 28 durch Aufbringen einer radialen Kraft auf dieses Verbindungselement 28 variieren. „Radiale Kraft“ ist als Kraft zu verstehen, die radial auf die Innenkontur 32 und die Außenkontur 34 des Verbindungselements 28 aufgebracht wird.
Die Breite LEC des Verbindungselements 28 unterliegt einer Änderung, wenn die Temperatur des Heizelements 20 sich verändert und das Heizelement in der Leitung 16 angeordnet ist. Wird das Heizelement 20 z.B. auf 100°C erwärmt und liegt das Heizelement 20 in der Leitung 16, kann die Breite LEC um 0,1 mm verringert oder vergrößert werden.
Das Verbindungselement 28 weist einen Umfangsrahmen 36 auf, der um die Mittelachse C-C' definiert ist, sowie mehrere Klammern 38, die radial um den Umfangrahmen 36 angeordnet sind.
Der Umfangsrahmen 36 erstreckt sich insbesondere radial zwischen dem Heizgitter 30 und den mehreren Klammern 38.
Der Umfangsrahmen 36 besteht aus elektrisch leitendem Material.
Der Umfangsrahmen 36 weist einen Innenrand 40 und einen Außenrand 42 auf und erstreckt sich radial zwischen dem Innenrand 40 und dem Außenrand 42. Der Umfangrahmen 36 ist einerseits an seinem Innenrand 40 einstückig und mit dem Heizgitter 30 verbunden und andererseits an seinem Außenrand 42 einstückig und mit den mehreren Klammern 38 verbunden.
Jede Befestigungsklammer 38 weist mindestens einen ersten Abschnitt 44 zur Verbindung der Klammer 38 mit dem Umfangsrahmen 36, mindestens einen zweiten Abschnitt 46 zur Verbindung der Klammer 38 mit der Leitung 16 und mindestens ein Zwischenstück 48 auf, das den ersten Verbindungsabschnitt 44 mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 46 verbindet.
Bei der in den 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich jede Befestigungsklammer 38 im Wesentlichen in der zur Achse C-C' senkrechten Ebene, z.B. in der Verlängerung des Heizgitters 30.
Gemäß dieser ersten Ausführungsform ist jede Befestigungsklammer 38 nachgiebig. Jede Befestigungsklammer 38 ist z.B. so ausgebildet, dass sie in der zur Achse C-C' senkrechten Ebene verformt wird.
Der erste Verbindungsabschnitt 44 entspricht einem Stück der Befestigungsklammer 38, der die übrige Befestigungsklammer 38 mit dem Heizgitter 30 verbindet, insbesondere indem der Umfangsrahmen 36 mit dem Außenrand 42 des Umfangsrahmens 36 verbunden wird. In der in den 2 bis 4 gezeigten Variante weist jede Befestigungsklammer 38 nur einen ersten Verbindungabschnitt 44 auf.
Der zweite Verbindungsabschnitt 46 entspricht einem Stück der Befestigungsklammer 38 für die Verbindung der übrigen Befestigungsklammer 38 mit der Leitung 16. Der zweite Verbindungsabschnitt 46 ist insbesondere dazu vorgesehen, die übrige Klammer 38 direkt oder indirekt mit der Leitung 16 zu verbinden, d.h. entweder dadurch, dass er mit der Leitung 16 in Kontakt steht und daran befestigt ist und mit der Leitung 16 elektrisch verbunden ist, oder über ein oder mehrere Zwischenelemente, wie etwa den oben beschriebenen Isolierring, und z.B. dadurch, dass er von der Leitung 16 elektrisch isoliert ist. Gemäß dieser ersten Ausführungsform entspricht der zweite Verbindungsabschnitt 46 dem Abschnitt der Befestigungsklammer 38, der an der Außenkontur 34 liegt. Der zweite Verbindungsabschnitt 46 ist radial außerhalb des ersten Verbindungsabschnitts 44 angeordnet.
In der in den 2 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform ist jeder erste Verbindungsabschnitt 44 bezogen auf jeden zweiten Verbindungsabschnitt 46 um die Mittelachse C-C' winkelmäßig versetzt.
Jeder erste Verbindungsabschnitt 44 ist z.B. entsprechend einer Drehung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu jedem zweiten Verbindungsabschnitt 46 versetzt. Alternativ ist mindestens ein erster Verbindungsabschnitt 44 entsprechend einer Drehung zu einem zweiten Verbindungsabschnitt 46 versetzt, die zum Versatz zwischen einem anderen ersten Verbindungsabschnitt 44 und einem anderen zweiten Verbindungsabschnitt 46 entgegengesetzt ist.
Das Zwischenstück 48 erstreckt sich in einem radialen Zwischenraum, der zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 44 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 46 ausgebildet ist. Das Zwischenstück 48 bildet einen Körper der Befestigungsklammer 38, der sich zwischen dem ersten Verbindungsabschnitt 44 und dem zweiten Verbindungsabschnitt 46 erstreckt.
Wie in 4 ausführlicher gezeigt, ist zwischen dem Zwischenstück 48 und dem Heizgitter 30 und insbesondere zwischen dem Zwischenstück 48 und dem Umfangsrahmen 36 eine Innenöffnung 50 radial begrenzt. Die Innenöffnung 50 erstreckt sich winkelmäßig zwischen einem geschlossenen Ende, das an der Verbindungsstelle zwischen dem Zwischenstück 48 und dem ersten Verbindungsabschnitt 44 definiert ist, und einem offenen Ende.
Gemäß einer besonderen Variante kann sich die Innenöffnung 50 einstückig zwischen zwei geschlossenen Enden erstrecken.
Die Innenöffnung 50 ist langgestreckt und erstreckt sich mit einem Verlauf, der dem Verlauf des Außenrands 42 ähnlich ist, und ist z.B. geringfügig zum Außenrand 42 versetzt, wobei die Innenöffnung 50 bei dem Beispiel der 2 bis 4 z.B. um den ersten Verbindungsabschnitt 44 einer benachbarten Befestigungsklammer 38 zum Außenrand 42 versetzt ist.
Das Zwischenstück 48 begrenzt zusammen mit der Leitung 16 radial eine Außenöffnung 52. Es ist anzumerken, dass die Innenöffnung 50 einer Klammer 38 in die Außenöffnung 52 der benachbarten Klammer 38 ausmündet.
Das Zwischenstück 48 ist nachgiebig. Das Zwischenstück 48 weist an seinem Übergang zum ersten Verbindungsabschnitt 44 vorzugsweise eine Verengung 54 auf.
Die Verengung 54 ist so ausgebildet, dass sie eine gute Nachgiebigkeit des Zwischenstücks 48 bietet. Das Zwischenstück 48 eignet sich insbesondere zur elastischen Verformung, insbesondere Umbiegung um die Verengung 54, insbesondere senkrecht zur Mittelachse C-C'.
Das Zwischenstück 48 ist so ausgebildet, dass es durch radiale Verkleinerung oder Vergrößerung der Innenöffnung 50 elastisch verformt, insbesondere gebogen wird, d.h. das Zwischenstück 48 ist so ausgebildet, dass es insbesondere aufgrund der gemeinsamen Wirkung der thermischen Ausdehnung des Heizelements 20 und einer Reaktion der Leitung 16 am zweiten Verbindungsabschnitt 46 in Richtung des Umfangsrahmens 36 gebogen wird.
Das Heizgitter 30 besteht vorzugsweise aus einem metallischen Material.
Die Dicke des Heizgitters 30 beträgt zwischen 0,5 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,7 mm und 2 mm, weiter vorzugsweise zwischen 0,8 mm und 1, 2 mm.
Das Heizgitter 30 hat eine im Allgemeinen um die Mittelachse C-C' definierte ringförmige Gestalt. Bei dem beschriebenen Beispiel besteht das Heizgitter 30 aus einem Innenring 56 und einem Außenring 58, der den Innenring 56 umgibt.
Das Heizgitter 30 besteht aus Strängen 36, die über Knoten 68 verbunden sind. Zwischen den Strängen 66 und den Knoten 68 sind Öffnungen begrenzt, wobei jede Öffnung radial durch zwei Stränge 66 und winkelmäßig durch zwei Knoten 68 begrenzt wird.
Jeder Strang ist entlang eines Kreisbogens langgestreckt, der um die Mittelachse C-C' definiert ist. Die Dicke jedes Strangs 66 entspricht vorzugsweise der Dicke des Heizgitters 30. Die radiale Ausdehnung jedes Strangs 66, die auch als Strangbreite 66 bezeichnet wird, beträgt zwischen 0,1 mm und 1 mm.
Die Dicke jedes Knotens 68 entspricht vorzugsweise der Dicke des Heizgitters 30. Die winkelmäßige Mindestausdehnung, die auch als Mindestbreite des Knotens 68 bezeichnet wird, beträgt zwischen 0,2 mm und 2 mm.
Das Verhältnis zwischen der Breite des Strangs 66 und der Mindestbreite des Knotens 68 beträgt vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 und vorzugsweise etwa 2.
Die radiale Erstreckung jedes Knotens 68 beträgt zwischen 0,3 mm und 3 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 1,3 mm.
Zwei radial benachbarte Öffnungen sind winkelmäßig versetzt, so dass jeder Knoten 68 winkelmäßig in der Winkelmitte der radial benachbarten Öffnungen liegt.
Die Knoten 68 des Innenrings 56 des Heizgitters 30 sind linear entlang Innenlinien 76 zusammengefasst, wobei zwei winkelmäßig benachbarte Innenlinien 76 gemeinsam einen Innenwinkelsektor 60 des Innenrings 56 definieren.
Bei der in den 2 bis 7 gezeigten Ausführungsform ist jede Innenlinie 76 als Konkavitätskurve mit konstantem Vorzeichen ausgebildet. Mit anderen Worten ist jede Innenlinie 76 in ihrer Gesamtheit konkav oder in ihrer Gesamtheit konvex. In einer nicht gezeigten Variante ist mindestens eine Innenlinie 76 als Konkavitätskurve mit wechselndem Vorzeichen ausgebildet. Die Konkavität der Kurve, die durch die Innenlinie 76 gebildet ist, ändert sich dann in mindestens einem Wendepunkt der Kurve.
Jeder Knoten 68 einer Innenlinie 76 ist vorzugsweise zu jedem radial angrenzenden Knoten 68 auf ein und derselben Innenlinie 76 winkelmäßig versetzt.
Der Winkelversatz um die Achse C-C' zwischen zwei radial benachbarten Knoten 68 ein und derselben Innenlinie 76 beträgt vorzugsweise zwischen 0,5° und 5°.
Alternativ nimmt der Winkelversatz zwischen zwei radial benachbarten Knoten 68 ein und derselben Innenlinie 76 mit zunehmendem Abstand zur Mittelachse C-C' zu. Der Winkelversatz zwischen zwei radial benachbarten Knoten 68 ein und derselben Innenlinie 76 und nahe der mittleren Halterung 26 ist somit klein und minimal, während der Winkelversatz zwischen zwei radial benachbarten Knoten 68 ein und derselben Innenlinie 76 und nahe dem Verbindungselement 28 maximal ist.
Jede Innenlinie 76 definiert dann einen Teil einer Spirale, der sich in der zur Mittelachse C-C' senkrechten Ebene erstreckt.
Der Innenring 56 umfasstz.B. zwischen 10 und 40 Innenwinkelsektoren 60. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel umfasst der Innenring 56 zwanzig Innenwinkelsektoren 60.
Jeder Innenwinkelsektor 60 erstreckt sich radial von einem ersten Ende 62 (elektrisch und in sonstiger Weise mit der mittleren Halterung 26 verbunden) zu einem zweiten Ende 64 (elektrisch und in sonstiger Weise mit dem Außenring 58 verbunden).
Der Innenring 56 ist z.B. über langgestreckte Knoten 69 mit dem Außenring 58 verbunden, deren radiale Erstreckung um mindestens 10% größer ist als die radiale Erstreckung der Knoten 68 des Innenrings 56, die radial an die langestreckten Knoten 69 angrenzen.
In der in den 2 bis 4 gezeigten Variante ist somit der radiale Abstand zwischen dem radial äußersten Strang 66 des Innenrings 56 und dem Außenring 58 um mindestens 10% größer als der radiale Abstand zwischen zwei benachbarten Strängen 66 des Innenring 56.
In einer nicht gezeigten Variante ist die radiale Erstreckung einer Gruppe von Knoten 68, die auf ein und demselben Radius des Innenrings 56 angeordnet sind, um mindestens 10% größer als die radiale Erstreckung anderer Knoten 68 des Innenrings 56 und insbesondere der Gruppe von Knoten 68, die radial an die Knoten 68 angrenzen. Die radiale Erstreckung aller Knoten 68, die mit der mittleren Halterung 26 verbunden sind, ist z.B. um mindestens 10% größer als die radiale Erstreckung anderer Knoten 68 des Innenrings 56 und insbesondere aller Knoten 68, die radial an mit der mittleren Halterung 26 verbundenen Knoten 68 angrenzen.
Der Außenring 58 besteht auch aus Strängen 66 und Knoten 68, weist jedoch winkelmäßig mehr Knoten 68 auf als der Innenring 56. Bei der Betrachtung eines ersten Kreises, der um die Mittelachse C-C' definiert ist und durch die Knoten 68 des Innenrings 56 verläuft, und eines zweiten Kreises, der um die Mittelachse C-C' definiert ist und durch die Knoten 68 des Außenrings 58 verläuft, kreuzt insbesondere dann der erste Kreis weniger Knoten 68 als der zweite Kreis, z.B. halb so viele Knoten 68.
In einer (nicht gezeigten) besonderen Variante ist der Außenring 58 über eine Anzahl von Knoten 68 mit dem Umfangsrahmen 36 verbunden, die geringer ist als die Anzahl der Knoten 68, die die an den Umfangsrahmen 36 angrenzenden Stränge 66 mit den Strängen verbindet, die an die Stränge 66 auf der entgegengesetzten Seite des Umfangsrahmens 36 angrenzen.
Der Außenring 58 weist Knoten 68 auf, die auf die Außenlinien 78 ausgerichtet sind. Zwei benachbarte Außenlinien 78 begrenzen einen Außenecksektor 70.
Der Außenring 58 umfasst z.B. zwischen 15 und 80 Außenwinkelsektoren 70. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel umfasst der Außenring 58 vierzig Außenwinkelsektoren 70.
Jeder Außenwinkelsektor 70 erstreckt sich radial von einem ersten Ende 72, das mit dem Innenring 56 verbunden und mit diesem Innenring 56 elektrisch verbunden ist, zu einem zweiten Ende 74, das mit dem Umfangsrahmen 36 verbunden und mit dem Umfangsrahmen 36 elektrisch verbunden ist.
Der Außenring 58 ist an seinem zweiten Ende 74 über langgestreckte Knoten 69 mit dem Umfangsrahmen 36 verbunden, deren radiale Erstreckung vorzugsweise um mindestens 10% größer ist als die radiale Erstreckung der anderen Knoten 68 des Außenrings 58.
In einer nicht gezeigten Variante ist die radiale Erstreckung einer Gruppe von Knoten 68, die auf ein und demselben Radius des Außenrings 58 liegen, um mindestens 10% größer als die radiale Erstreckung anderer Knoten 68 des Außenrings 58 und insbesondere aller Knoten 68, die radial an die Knoten 68 angrenzen. Die radiale Erstreckung aller Knoten 68, die mit dem Umfangsrahmen 36 verbunden sind, ist z.B. um mindestens 10% größer als die radiale Erstreckung anderer Knoten 68 des Außenrings 58 und insbesondere aller Knoten 68, die radial an die Knoten 68 angrenzen. Jede Außenlinie 78 hat die Form einer Konkavitätskurve mit konstantem Vorzeichen. Mit anderen Worten ist die Außenlinie 78 in ihrer Gesamtheit konkav oder in ihrer Gesamtheit konvex.
In einer nicht gezeigten Variante ist mindestens eine Außenlinie 78 als Konkavitätskurve mit wechselndem Vorzeichen ausgebildet. Die Konkavität der Kurve, die durch die Außenlinie 78 gebildet ist, ändert sich dann in mindestens einem Wendepunkt der Kurve.
Jeder Knoten 68 einer Außenlinie 78 ist bezogen auf einen radial angrenzenden Knoten 68 ein und derselben Außenlinie 78 vorzugsweise winkelmäßig versetzt.
Der Winkelversatz um die Achse C-C' zwischen zwei radial benachbarten Knoten 68 ein und derselben Außenlinie 78 beträgt vorzugsweise zwischen 0,5° und 3°.
Jede Außenlinie 78 definiert dann einen Teil einer Spirale, der sich in der zur Mittelachse C-C' senkrechten Ebene erstreckt.
Vorteilhafterweise erstreckt sich mindestens eine Innenlinie 76 in der Verlängerung einer Außenlinie 78. Bei der in den 2 bis 4 vorgestellten Ausführungsform sind alle Innenlinien 76 jeweils auf eine entsprechende Außenlinie 78 ausgerichtet. Dagegen ist jede zweite Außenlinie 78 nicht auf eine Innenlinie 76 ausgerichtet.
Das erfindungsgemäße Heizelement 20 mit einem radial nachgiebigen Verbindungselement 28 ist besonders vorteilhaft zur Begrenzung der Belastungen im Heizelement und somit zur Steigerung seiner Lebensdauer. Darüber hinaus wird durch das Verbindungselement 28 der Einbau des Heizelements 20 in der Leitung 20 vereinfacht.
Die nachgiebigen Befestigungsklammern 38 gewährleisten darüber hinaus die Robustheit des Verbindungselements.
Die Geometrie der Befestigungsklammern 38 ist außerdem besonders einfach und gewährleistet eine kostengünstige Herstellung des Heizelements 20.
Die Anordnung der Knoten 68 auf den Innenlinien 76 und Außenlinien 78 in Form einer Kurve mit konstanter Konkavität, insbesondere in Form von Spiralteilen ist besonders vorteilhaft, um das Heizgitter 30 zu versteifen und dessen Eigenmoden zu erhöhen und dadurch die Lebensdauer des Heizgitters 30 zu verbessern, ohne die Effizienz des Heizelements 20 zu beeinträchtigen.
Durch die gesteigerte radiale Erstreckung einiger Knoten 68 wird das Risiko von Kurzschlüssen in den Bereichen von Unterbrechungen des Heizelements 20 begrenzt.
Eine zweite Ausführungsformen des Heizelements ist in 5 gezeigt. Diese Ausführungsform unterscheidet lediglich durch Nachfolgendes; analoge Elemente haben identische Bezugszeichen.
In dieser Ausführungsform sind die Befestigungsklammern 38 nicht nachgiebig, der Umfangsrahmen 36 ist jedoch nachgiebig. Der Umfangsrahmen 36 weist insbesondere Rahmenöffnungen 80 auf, die jeweils einer entsprechenden Befestigungsklammer 38 zugewandt sind und insbesondere auf den ersten Verbindungsabschnitt 44 jeder Befestigungsklammer 38 radial ausgerichtet sind.
Die Rahmenöffnung 80 ist zwischen dem Innenrand 40 des Umfangsrahmens 36 und dem Außenrand 42 des Umfangsrahmens 36 beispielsweise langgestreckt, z.B. in Form eines Kreisbogens.
Es ist anzumerken, dass die Innenöffnung 50 an eine Rahmenöffnung 80 angepasst werden kann, wobei eine derartige Rahmenöffnung 80 dann auf einer seiner Seiten offen ausmündet und das Rahmenstück radial außerhalb der Öffnung 80 dann an eine Befestigungsklammer 38 angepasst wird.
Eine dritte Ausführungsform wird mit Bezug auf 6 vorgestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich nur durch Folgendes; analoge Elemente haben identische Bezugszeichen.
In dieser Ausführungsform ist die Befestigungsklammer 38 U-förmig, wobei sich der erste Verbindungsabschnitt 44 und der zweite Verbindungsabschnitt 46 parallel zueinander und senkrecht zur Ebene des Heizgitters 30 erstrecken. Das Zwischenstück 48 ist U-förmig und erstreckt sich zu einer Seite der Ebene des Heizgitters 30, während sich der zweite Verbindungsabschnitt 46 zu einer anderen Seite der Ebene des Heizgitters 30 erstreckt.
Es ist anzumerken, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und weitere Varianten umfassen könnte, ohne den Anspruchsrahmen zu verlassen.

Claims

Heizelement (20) für eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Fahrzeugs (10), die in einer Abgaszirkulationsleitung (16) angeordnet werden soll, wobei sich das Heizelement (20) um eine Mittelachse (C-C') erstreckt und Folgendes aufweist: - eine mittlere Halterung (26), die um die Mittelachse (C-C') definiert ist, - ein Heizgitter (30), das sich radial um die mittlere Halterung (26) erstreckt, und - ein Verbindungselement (28) mit: - mehreren Befestigungsklammern (38), die Folgendes umfassen: - mindestens einen ersten Abschnitt (44), der die Befestigungsklammer (38) mit dem Heizgitter (30) verbindet, - mindestens einen zweiten Abschnitt (46), der die Befestigungsklammer (38) mit der Leitung (16) verbindet und direkt oder indirekt an der Leitung (16) angebracht werden soll, und - mindestens ein Zwischenstück (48), das den ersten Verbindungsabschnitt (44) mit dem zweiten Verbindungsabschnitt (46) verbindet, und dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (28) zumindest teilweise radial nachgiebig ist.
Heizelement (20) nach Anspruch 1, wobei das Verbindungselement einen elektrisch leitenden Umfangsrahmen (36) aufweist, der um die Mittelachse (C-C') definiert ist und einen Innenrand (40) und einen Außenrand (42) aufweist, wobei die mehreren Befestigungsklammern (38) mit dem Außenrand (42) des Umfangsrahmens (36) verbunden sind, der erste Verbindungsabschnitt (44) der Befestigungsklammer (38) mit dem Umfangsrahmen (36) verbunden ist, der Umfangsrahmen (36) den ersten Verbindungsabschnitt (44) mit dem Heizgitter (30) verbindet.
Heizelement (20) nach Anspruch 2, wobei jede Befestigungsklammer (38) starr ist, wobei der Umfangsrahmen (36) mindestens eine Öffnung (80) aufweist, wodurch dieser Umfangsrahmen (36) an dieser Öffnung (80) radial nachgiebig ist.
Heizelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Befestigungsklammer (38) radial nachgiebig ist, wobei das Zwischenstück (48) jeder Befestigungsklammer (38) radial eine Innenöffnung (50) zwischen dem zweiten Verbindungsabschnitt (46) und dem Heizgitter (30) definiert, wobei das Zwischenstück (48) so ausgebildet ist, dass es durch radiale Verkleinerung oder Vergrößerung der Innenöffnung (50) elastisch verformt wird.
Heizelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Verbindungsabschnitt (44) jeder Befestigungsklammer (38) bezogen auf den zweiten Verbindungsabschnitt (46) dieser Befestigungsklammer (38) winkelmäßig um die Mittelachse (C-C') versetzt ist.
Heizelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizgitter (30) aus Strängen (66) gebildet ist, die durch Knoten (68) verbunden sind, wobei das Heizgitter (30) einen Innenring (56) aufweist, wobei jeder der Knoten (68) des Innenrings (56) bezogen auf jeden der radial daran angrenzenden Knoten (68) winkelmäßig versetzt ist, so dass Innenlinien (76) gebildet sind, die vorzugsweise jeweils die Form einer Kurve, insbesondere jeweils die Form einer Kurve mit konstantem Konkavitätsvorzeichen haben und z.B. mindestens einen Spiralabschnitt bilden.
Heizelement (20) nach Anspruch 6, wobei das Heizgitter (30) einen Außenring (58) aufweist, der den Innenring (56) umgibt und durch langgestreckte Knoten (69), deren radiale Erstreckung größer ist als die radiale Erstreckung der Knoten (68) des Innenrings (56), die radial an die langgestreckten Knoten (69) angrenzen, von dem Innenring (56) getrennt ist.
Heizelement (20) nach Anspruch 7, wobei jeder der Knoten (68) des Außenrings (58) bezogen auf jeden radial daran angrenzenden Knoten (68) winkelmäßig versetzt ist, so dass Außenlinien (78) gebildet sind, die vorzugsweise jeweils die Form einer Kurve, insbesondere jeweils die Form einer Kurve mit konstantem Konkavitätsvorzeichen haben und z.B. mindestens einen Spiralabschnitt bilden.
Heizelement (20) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Heizgitter (30) über langgestreckte Knoten (69), deren radiale Erstreckung größer ist als die radiale Erstreckung der Knoten (68) des Innenrings (56), die radial an die langgestreckten Knoten (69) angrenzen, mit den Befestigungsklammern (38) verbunden ist.
Abgasstrang (12) mit einer Abgaszirkulationsleitung (16) und einem Heizelement (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der zweite Verbindungsabschnitt (46) jeder Klammer (38) mit der Leitung (16) einstückig ausgebildet ist.
Fahrzeug (10) mit einem Abgasstrang (12) nach Anspruch 10.