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Die Erfindung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung zur Anordnung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Heizvorrichtungen in Abgasnachbehandlungskomponenten bekannt. Hierzu werden sogenannte Heizscheiben bzw. elektrische Heizelemente in einem Gehäuse angeordnet, in Abgasströmungsrichtung vor einer Abgasnachbehandlungskomponente, beispielsweise einem Katalysator. Während des Startverhaltens ist es notwendig, dass der Katalysator möglichst schnell auf eine Betriebstemperatur kommt, um seine optimale katalytische Leistung und somit Abgasbehandlung erreichen zu können. Über das Heizelement wird im Kaltstartverhalten durch Hinzufügung elektrischer Energie Wärme auf den Katalysator übertragen.
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Damit das Heizelement mit elektrischer Energie versorgt werden kann, sind Anschlussverbindungen, die Wandung eines Gehäuses der Abgasnachbehandlungsvorrichtung durchgreifend, angeordnet. Diese Anschlussvorrichtung werden außerhalb der Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit einem elektrischen Steckkontakt gekoppelt, so dass ein entsprechendes Steuergerät des Kraftfahrzeuges bei Bedarf elektrische Energie übertragen kann und somit eine Heizleistung hervorruft.
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Eine solche elektrische Anschlussverbindung ist beispielsweise aus der
EP 2 828 923 B1 bekannt.
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Ferner ist aus der
DE 195 33 088 A1 eine elektrisch isolierende Durchführung offenbart, bei welcher ein Stecker mittels Presssitz auf einen Anschlusspin gesteckt wird.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anschlussvorrichtungen ergeben sich zwei Problemstellungen. Zum einen muss kurzzeitig eine recht hohe Energie übertragen werden. Die Anschlussverbindung stellt dabei grundsätzlich eine Schwachstelle dar, da aufgrund schlechter elektrischer Verbindung im Übergangsbereich und damit einhergehender Widerstand es mitunter zu einer ungewollten Erwärmung kommen kann.
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Eine zweite oder alternative Problemstellung ergibt sich daraus, dass eine zusätzliche Messleitung notwendig ist, um die Temperatur bzw. die durch das Heizelement fließende elektrische Energie zu bestimmen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, aus dem Stand der Technik eine elektrische Anschlussmöglichkeit in einer Abgasnachbehandlungskomponente bereitzustellen, welche gegenüber dem Stand der Technik leicht montier- bzw. demontierbar ist, eine verbesserte elektrische Leitungsverbindung bereitstellt und optional die Möglichkeit einer zusätzlichen Integration einer Messleitung bietet.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung zur Anordnung in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges weist ein elektrisches Heizelement auf, welches einer Abgasnachbehandlungskomponente, insbesondere einem Katalysator zugeordnet ist. Bevorzugt ist das Heizelement in Abgasströmungsrichtung der Abgasnachbehandlungskomponente vorgeschaltet. Weiterhin weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung mindestens einen, insbesondere ein Gehäuses der Abgasnachbehandlungsvorrichtung durchgreifenden elektrischen Anschluss auf.
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Erfindungsgemäß ist der elektrische Anschluss als gegenüber einer Außenseite der Wandung überstehender Anschlusspin ausgebildet, welcher von einem Anschlussstecker übergriffen ist. Der Anschlussstecker ist dann an eine elektrische Zuleitung bzw. Anschlusskabel angeschlossen, welches von einem Steuergerät oder einer Energiequelle des Kraftfahrzeuges dann elektrischer Energie bereitstellt. Erfindungsgemäß übt dabei ein Formschlusselement, welches an dem Anschlusspin, bevorzugt an dem Anschlussstecker angeordnet ist, eine Flächenpressung auf den Sitz von Anschlussstecker und Anschlusspin aus. Die Flächenpressung wirkt insbesondere radial. Durch dieses erfindungswesentliche Merkmal ist es möglich aufgrund des Formschlusselementes, den Anschlussstecker leicht in der Großserienfertigung zu montieren und bei Wartungszwecken der Abgasnachbehandlungsvorrichtung wiederum zu demontieren. Durch die zusätzlich ausgeübte Flächenpressung ist der elektrische Kontakt zwischen Anschlussstecker und Anschlusspin verbessert, so dass sicher elektrische Energie übertragen werden kann, ohne dass sich ungewollt der elektrische Anschluss erwärmt. Es hat sich überraschend erfindungsgemäß herausgestellt, dass hierbei elektrische Leistungen von bis zu 8 Kilowatt und bis zu 150 Ampere übertragen werden können. Dies insbesondere bei nicht nur 12 oder 24 Volt Bordnetzen, sondern auch bei 48 oder bis zu maximal 60 Volt Bordnetzen des Kraftfahrzeuges.
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Die Verbindung erfolgt dabei nahezu drehmomentfrei mit Wirkung zur Mittelachse des Anschlusspins hin. Die auftretenden Montagekräfte sind deutlich reduziert, so dass selbst bei dünnwandiger Ausgestaltung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine Beschädigung während der Montage und auch während des Betriebs vermieden wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist, dass eine Messleitung in den Anschlussstecker integriert ist, welcher in elektrisch leitendem Kontakt mit dem Anschlusspin gebracht ist. Über die Messleitung kann eine zuverlässige Kontrolle der Verbindung bezüglich des Kontaktwiderstandes ermöglicht werden. Auch kann über die Messleistung der Innenwiderstand und somit ein Rückschluss auf die elektrische Heizleistung bzw. die vorhandene Temperatur in dem elektrischen Heizelement ermöglicht werden.
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Der Anschlusspin weist eine Ausnehmung auf, welche insbesondere seitlich an dem Anschlusspin angeordnet ist, wobei das Formschlusselement zumindest teilweise in die Ausnehmung eingreift. Die Ausnehmung ist insbesondere als konische Bohrung oder auch zumindest teilweise radial umlaufende Nut ausgebildet. Die Querschnittsfläche der Nut selbst ist insbesondere talförmig ausgebildet.
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Das Formschlusselement ist wiederum eine Madenschraube, bevorzugt eine Gewindeschraube, insbesondere Madenschraube mit einer konisch oder spitz sich verjüngenden zulaufenden Spitze. Auch kann das Formschlusselement als Gewindestift bezeichnet werden. Das Formschlusselement kann auch federnd gelagert sein, beispielsweise als federnd gelagerte Kugel. Das Formschlusselement kann auch als Bügelfeder ausgebildet sein.
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Ist nunmehr der Anschlussstecker auf den Anschlusspin aufgesetzt, so greift das Formschlusselement in die Ausnehmung. Hierdurch wird bereits eine Flächenpressung zwischen Formschlusselement und Ausnehmung erzeugt. Im Falle einer Gewindeschraube durch Anziehen der Gewindeschraube. Im Falle eines federnd gelagerten Formschlusselementes durch Ausüben der Federkraft. Dadurch, dass das Formschlusselement jedoch radial seitlich an dem Anschlusspin, mithin in Radialrichtung wirkend angeordnet ist, wird auf der gegenüberliegenden Seite an der Berührfläche zwischen Anschlusspin und Anschlussstecker, mithin den anliegenden Mantelflächen ebenfalls eine zusätzliche Flächenpressung ausgeübt. Durch diese beiden Flächenpressungen erhöht sich die Kontaktfläche bzw. ist die Kontaktfläche verbessert. Es kommt hier zu weniger elektrischen Verlusten aufgrund schlechter Kontaktflächen. Dies bedingt letztlich auch eine geringere Wärmeentwicklung.
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Weiterhin besonders bevorzugt ist zwischen dem Anschlussstecker und der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein Abschirmblech, insbesondere ein Wärmeabschirmblech, angeordnet. Hierdurch wird vermieden, dass von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung abstrahlende Wärme den Anschlussstecker zusätzlich aufheizt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wirkt das Formschlusselement mit einer Klemmkraft in Axialrichtung des Anschlusspins. Dies erfolgt dergestalt, dass in Axialrichtung orientiert liegende, sich berührende Flächen von Anschlussstecker und Anschlusspin eine Flächenpressung aufgebracht ist. Hierdurch wird dann eine weitere Verbesserung der sich berührenden Flächen auch hierdurch im Übergangsbereich von Anschlusspin der elektrische Kontakt verbessert. Insbesondere weist der Anschlusspin hierfür einen Stufenabsatz auf, welcher sich von der Wandung herkommend verkleinert. Mithin ist der Durchmesser des Anschlusspins im Bereich der Wandung größer, wohin der Durchmesser des Anschlusspins im Bereich des Anschlusssteckers demgegenüber kleiner ist.
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Weiterhin ist bevorzugt ist der Anschlusspin im Übergang der Wandung gasdicht nach den Vorschriften einer Abgasnachbehandlungskomponente und/oder thermisch isolierend gelagert. Diese thermische isolierende Lagerung sowie gasdichte Lagerung erfolgt bevorzugt über ein Keramikelement.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausführungsvarianten dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
- 1 eine Explosivdarstellung einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung,
- 2 eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen elektrischen Anschluss,
- 3 eine Detailansicht gemäß 2,
- 4 eine Ausführungsvariante gemäß 3 mit Wärmeschutzblech,
- 5 eine perspektivische Ansicht auf einen Anschlusspin,
- 6 eine alternative Ausgestaltungsvariante zu 2 mit einer Kugel als Formschlussmittel,
- 7 ein elektrischer Anschlussstecker in Außenansicht,
- 8a bis e zeigt verschiedene Ansichten einer alternativen Ausgestaltungsvariante der Erfindung und
- 9a und b zeigen eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Abgasbehandlungsvorrichtung 1, insbesondere Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Hierbei ist eine Abgasnachbehandlungskomponente 2, beispielsweise ein Katalysator in einem Gehäuse 4 angeordnet. Der Abgasnachbehandlungskomponente 2 ist ein Heizelement 3, beispielsweise eine Heizscheibe in Abgasströmungsrichtung A vorgeschaltet. Ferner ist ein elektrischer Anschluss 5 vorgesehen, welche eine nicht dargestellte elektrische Leistung mit dem Heizelement 3 im zusammengebauten Zustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 verbindet.
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2 zeigt eine Querschnittsansicht durch den elektrischen Anschluss 5 mit aufgestecktem Anschlussstecker 6. Der elektrische Anschluss 5 seitens der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 weist einen Anschlusspin 7 auf. Dieser Anschlusspin 7 ist, wie dargestellt, von einem Anschlussstecker 6 dazu vollständig hinsichtlich seinem außerhalb der Wandung befindlichen Wandung der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 mit dem überstehenden Teil übergriffen. Hierzu ist der Anschlusspin 7 über eine elektrische und/oder thermische Isolierung 9, beispielsweise eine Isolierhülse in einer Durchführung der Wandung des Gehäuses der Abgasbehandlungsvorrichtung 1 gelagert. Ein auf die Bildebene bezogen unterer Teil dient dann als Kontaktfläche zu dem nicht näher dargestellten Heizelement 3.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass in dem Anschlusspin 7 seitlich bzw. in Radialrichtung eine Ausnehmung 11 vorhanden ist. In der Ausnehmung 11 ist ein Formschlusselement 12 hier in Form einer Madenschraube angeordnet. Die Madenschraube 12 greift mit einer konischen Spitze 13 zumindest teilweise in die Ausnehmung 11 ein. Hierdurch wird eine Flächenpressung zwischen Madenschraube 12 und Ausnehmung 11 erzeugt. Auf der der Madenschraube 12 in Radialrichtung gegenüberliegenden Seite 14 ist ebenfalls die Flächenflächenpressung erhöht, so dass die aneinander liegenden Flächen, insbesondere Mantelflächen 15 von sich mit erhöhter Flächenpressung berühren. Insbesondere ist somit der elektrische Kontakt 18 im Übergangsbereich zwischen Anschlusstecker 6 und Anschlusspin 7 verbessert. Der Anschlusspin 7 kann eine Art Kugelkopf 17 aufweisen, wie dargestellt. An dem Kugelkopf 17 kann eine diese über- und hintergreifende Kontaktierung einer zusätzlichen Messleitung 19 erfolgen. Zunächst kann jedoch der Anschlusstecker 6 drehmomentfrei auf den Anschlusspin 7 aufgesteckt werden und danach durch Anziehen der Madenschraube 12 wird die Flächenpressung aufgebracht. Der Anschlussstecker 6 ist dann mit einem Kabel 20 bzw. Stromleitung verbunden, welches von einem nicht näher dargestellten Steuergerät oder Spannungsquelle dann über den Anschlussstecker 6 auf den Anschlusspin 7 und somit auf das Heizelement 3 elektrische Energie überträgt. Der Anschlussstecker 6 selbst kann ein isoliertes Gehäuse 21 aufweisen, welches mit einer entsprechenden Isolierleitung 22 des Kabels 20 verbunden ist, so dass das gesamte System möglichst elektrisch isoliert ist.
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3 zeigt eine Detailansicht. Hierbei wird aufgrund des Winkels α zwischen der Madenschraube 12 sowie dessen konischer Spitze 13 und der Ausnehmung eine Flächenpressung erzeugt in der Kraftrichtung FR 1. Auf der gegenüberliegenden Seite wird eine Flächenpressung aufgrund der Kraftrichtung FR 2 als Gegenkraft erzeugt. Aufgrund des Winkels α wirkt jedoch auf den Anschlussstecker 6 eine Kraft in Axialrichtung 23 des Anschlusspins 7, so dass an einem Stufenabsatz 24 ebenfalls eine erhöhte Flächenpressung FA 1 bzw. FA 2 auftritt. Somit wird zwischen Anschlussstecker 6 und Anschlusspin 7 nochmals die elektrisch zu übertragende Leistung erhöht aufgrund einer vergrößerten sowie verbesserten Kontaktierungsfläche.
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4 zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher ein Abschirmblech 25 zwischen dem Anschlussstecker 6 sowie einer auf die Bildebene bezogen unten nicht näher dargestellten Wandung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 1 angeordnet ist. Die Wärmestrahlung wird somit von dem Anschlussstecker 6 abgeschirmt. Ferner kann das Gehäuse 4 des Anschlusssteckers 6 formschlüssig auf dem Abschirmblech 25 aufliegen, um somit auch eine Abdichtung, insbesondere gegen Witterungseinflüsse bzw. Spritzwasser zu ermöglichen.
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5 zeigt in perspektivischer Detailansicht den Durchgang sowie den Aschlusspin 7. Die Ausnehmung ist in Radialrichtung ausgebildet und insbesondere als konische Bohrung. Sie kann jedoch auch zumindest teilweise radial umlaufend, insbesondere als vollständig radial umlaufende Nut ausgebildet sein.
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6 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante zu 2. Hier ist das Formschlusselement als Kugel 26 ausgebildet, welche von einer Feder 27 in Radialrichtung gedrückt ist. Somit wird die Kugel 26 in die Ausnehmung gedrückt, so dass wiederum im Bereich der Kugel 26 sowie auf der gegenüberliegenden Seite eine jeweilige Flächenpressung entsteht, wodurch die Kontaktfläche elektrisch leitend verbessert ist.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht auf das Gehäuse 4 des Anschlussteckers 6. Hier ist eine Öffnung 28 vorhanden, um die angeordnete Madenschraube 12 bei aufgesetztem Anschlussstecker 6 mit einem Werkzeug festziehen zu können.
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8a bis e zeigen eine alternative Ausgestaltungsvariante der Erfindung. Auch hierbei ist ein Anschlusspin 7 vorgesehen. Der Anschlusspin 7 wird von dem Anschlussstecker 6 umgriffen. Der Anschlussstecker 6 ist hierbei zweigeteilt ausgebildet. Die beiden Teile des Anschlusssteckers 6 werden über eine Bügelfeder 29 miteinander gekoppelt. Zunächst wird sie dargestellt in 8a und c der Anschlussstecker 6 auf den Anschlusspin 7 aufgesetzt. Die zwei Teile 6.1 und 6.1 umgreifen den Anschlusspin 7. Der Anschlusspin 7 weist eine bevorzugt umlaufende Ausnehmung 11 auf, wird nunmehr gemäß 8b, d und e die Bügelfeder geschlossen, wobei hierzu ein Schwenkelement 30 an der Bügelfeder 29 vorhanden sein kann, so werden die beiden Teile 6.1 und 6.2 aufeinander zu bewegt und dadurch die beiden Teile in die Ausnehmung 11 des Anschlusspins 7 geführt. Hierdurch wird ein Formschluss erreicht, so dass in einer jeweiligen Axialrichtung ein fester Sitz des Anschlusssteckers 6 auf dem Anschlusspin 7 vorhanden ist. Ferner erfolgt eine Flächenpressung zum einen in Radialrichtung. Durch einen konischen Absatz 31 an der Ausnehmung 11 erfolgt gleichzeitig ein Herabdrücken in Axialrichtung, so dass die Kraft F1 in Radialrichtung liegt und eine zusätzliche Kraft F2 gemäß 8b aufgebracht ist und hierdurch wiederum die Kontaktfläche und der elektrische Anschlusskontakt verbessert ist.
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9a und b zeigen eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante in Querschnittsansicht sowie in Draufsicht. Der Anschlusspin 7 selbst weist gemäß der Ausgangsvariante von 9 eine seitliche Ausnehmung auf, die in Radialrichtung eine Öffnung 32 auf, die sich in Radialrichtung durch den Anschlusspin 7 erstreckt. In diese Öffnung 32 wird dann ein Anschlussstecker 6 eingeführt. Der Anschlussstecker 6 selbst bildet somit den männlichen Part, wobei der Anschlusspin 7 den weiblichen Part ausbildet. In dem Anschlussstecker 6 ist eine Ausnehmung 11 vorhanden. Auch hier wird dann ein Formschlusselement in Form eines Gewindestiftes bzw. Madenschraube 12 verwendet, um den Anschlussstecker 6 in dem Anschlusspin 7 formschlüssig und zusätzlich kraftschlüssig Lage zu fixieren. Hierdurch wird zum einen an der konischen Spitze 13 der Madenschraube 12 ein elektrischer Kontakt bereitgestellt, zusätzlich jedoch auch auf die Bildebene untere Fläche der Öffnung 32 der Anschlussstecker 6 gedrückt, so dass auch hier ein sicher elektrischer Kontakt gegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasbehandlungsvorrichtung
- 2
- Abgasnachbehandlungskomponete
- 3
- Heizelement
- 4
- Gehäuse
- 5
- elektrischer Anschluss
- 6
- Anschlussstecker
- 7
- Anschlusspin
- 8
- Wandung
- 9
- Isolierung
- 10
- unterer Teil
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Formschlusselement Madenschraube
- 13
- konische Spitze zu 12
- 14
- gegenüberliegende Seite
- 15
- Mantelfläche zu 6
- 16
- Mantelfläche zu 7
- 17
- Kugelkopf
- 18
- Kontakt
- 19
- Messleitung
- 20
- Kabel
- 21
- Gehäuse
- 22
- Isolierleitung
- 23
- Axialrichtung
- 24
- Stufenabsatz
- 25
- Abschirmblech
- 26
- Formschlusselement Kugel
- 27
- Feder
- 28
- Öffnung
- 29
- Bügelfeder
- 30
- Schwenkelement
- 31
- konischer Absatz
- 32
- Öffnung
- FR 1
- Kraftrichtung
- FR 2
- Kraftrichtung
- FA 1
- Flächenpressung
- FA 2
- Flächenpressung
- F1
- Kraft
- F2
- Kraft
- A
- Abgasströmungsrichtung
- α
- Winkel
