DE102021113760A1

DE102021113760A1 - Heizvorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102021113760A1
Application number: DE102021113760.8A
Authority: DE
Inventors: Anton Berchtold; David Saurat
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-12-01
Also published as: FR3123535A1; US20220381477A1

Abstract

Eine Heizvorrichtung (1) für ein Abgassystem eines Kraftfahrzeugs hat einen elektrisch leitfähigen Heizschaum (10), einen Stromleitschaum (20) und zwei Elektroden (30, 32). Der Heizschaum (10) ist durch Unterbrechungen in Abschnitte (12) unterteilt, die in einem Querschnitt betrachtet so nebeneinanderliegen, dass ein Strompfad (40) vordefiniert ist, der sich von einer Stromeinleitstelle der Heizvorrichtung (1) zu einer Stromausleitstelle, beispielsweise von einer Seite der Heizvorrichtung (1) zur anderen Seite, erstreckt. Die Elektroden (30, 32) sind mit der Stromeinleitstelle bzw. Stromausleitstelle elektrisch verbunden, wobei der Heizschaum (10) außenseitig mindestens abschnittsweise mit dem Stromleitschaum (20) versehen ist, der eine höhere Dichte hat als der Heizschaum (10). Der Stromleitschaum (20) bildet Stromleitabschnitte (22), die nebeneinanderliegende Abschnitte (12) des Heizschaums (10) elektrisch miteinander verbindet. Weiteres ist die Stromeinleitstelle oder Stromausleitstelle als ein Anschlussabschnitt (24) vorgesehen, der aus dem Stromleitschaum (20) besteht und sich in Umfangsrichtung entlang mindestens eines Stromleitabschnitts (22) erstreckt, aber elektrisch gegenüber diesem isoliert ist. Der Anschlussabschnitt (24) ist mit einem der Abschnitte (12) des Heizschaums (10) und mit einer der Elektroden (30) elektrisch verbunden, so dass die beiden Elektroden (30, 32) in Umfangsrichtung weniger als 180°, insbesondere weniger als 120°, voneinander beabstandet sind. Zudem ist die noch nicht zugeordnete Stromeinleitstelle bzw. Stromausleitstelle als ein zweiter Anschlussabschnitt (26) vorgesehen, der aus dem Stromleitschaum (20) besteht und mit der zweiten Elektrode (32) verbunden ist.Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung (1) erläutert. Es umfasst die folgenden Schritte: Herstellen eines Heizschaums (10) und Formen der Außenkontur des Heizschaums (10), Herstellen eines äußeren Stromleitschaums (20) und Formen der Innenkontur des Stromleitschaums (20), Einsetzen des Heizschaums (10) in den Stromleitschaum (20), Verbinden des Heizschaums (10) mit dem Stromleitschaum (20) in einem Ofen, und Erzeugen eines schlangenförmigen Strompfads (40) und Bilden der Anschlussabschnitte (24, 26) und Stromleitabschnitte (22) im Stromleitschaum (20) durch Einschneiden des Heizschaums (10) und des Stromleitschaums (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für ein Abgassystem sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizvorrichtung.
In Abgassystemen von Verbrennungsmotoren sind üblicherweise Katalysatoren vorgesehen, um Emissionen zu reduzieren.
Damit der Katalysator nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors schnell anspringt, ist es bekannt, Heizvorrichtungen vorzusehen, die den Katalysator auf eine Reaktionstemperatur erwärmen.
Die Heizvorrichtung kann in Form von einer abgasdurchströmten Heizvorrichtung vorgesehen sein, die stromaufwärts des Katalysators angeordnet ist und die eingerichtet ist, das Abgas zu erwärmen, bevor es den Katalysator durchströmt.
Es ist hierbei bereits bekannt, Heizelemente (z.B. Heizgitter, Heizdrähte oder Heizschäume) zur Beheizung innerhalb der Heizvorrichtung vorzusehen. Diese Heizelemente sind elektrische Widerstandsheizungen, an die mittels zweier Elektroden ein Heizstrom angelegt wird.
Bei einer bekannten Ausführungsform des Heizschaums hat dieser im Querschnitt eine schlangenartige Gestalt, bei der die Elektroden an den Enden der schlangenartigen Form angebracht sind. Durch diese Ausführungsform kann eine besonders homogene Temperaturverteilung über den durchströmten Querschnitt erreicht werden, was wiederum für eine hohe Effizienz des Katalysators wichtig ist.
Damit eine homogene Temperaturverteilung erreicht wird, erstreckt sich der Heizschaum in der Heizvorrichtung gleichmäßig und symmetrisch, sodass die Enden des schlangenförmigen Heizschaums einander zumindest nahezu gegenüberliegen. Aus diesem Grund müssen die Elektroden in einem Winkel von nahezu 180°, minimal jedoch mit einem Winkel von 120°, zueinander angeordnet sein. Lediglich beispielhaft wird hier die US 5,695,722 A1 genannt.
Für die Integration solcher Heizvorrichtungen in ein übergeordnetes System werden jedoch meist Einbauwinkel von weniger als 120° gefordert.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizvorrichtung zu schaffen, bei der die beiden Elektroden in einem Winkelabstand von weniger als 120° angeordnet werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Heizvorrichtung für ein Abgassystem eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrisch leitfähigen Heizschaum, der durch Unterbrechungen in Abschnitte unterteilt ist, die in einem Querschnitt betrachtet so nebeneinanderliegen, dass ein Strompfad vordefiniert ist, der sich von einer Stromeinleitstelle der Heizvorrichtung zu einer Stromausleitstelle, beispielsweise von einer Seite der Heizvorrichtung zur anderen Seite, erstreckt, zwei Elektroden, die mit der Stromeinleitstelle bzw. Stromausleitstelle elektrisch verbunden sind, wobei der Heizschaum außenseitig mindestens abschnittsweise mit einem Stromleitschaum versehen ist, der eine höhere Dichte hat als der Heizschaum und Stromleitabschnitte bildet, die nebeneinanderliegende Abschnitte des Heizschaums elektrisch miteinander verbindet, und wobei die Stromeinleitstelle oder Stromausleitstelle als ein Anschlussabschnitt vorgesehen ist, der aus dem Stromleitschaum besteht, sich in Umfangsrichtung entlang mindestens eines Stromleitabschnitts erstreckt, aber elektrisch gegenüber diesem isoliert ist, wobei der Anschlussabschnitt mit einem der Abschnitte des Heizschaums elektrisch verbunden ist und mit einer der Elektroden, so dass die beiden Elektroden in Umfangsrichtung weniger als 180°, insbesondere weniger als 120°, voneinander beabstandet sind und wobei die noch nicht zugeordnete Stromeinleitstelle bzw. Stromausleitstelle als ein zweiter Anschlussabschnitt vorgesehen ist, der aus dem Stromleitschaum besteht und mit der zweiten Elektrode verbunden ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, mittels des Stromleitschaums, der sowieso vorhanden ist, einen Kontaktierungsabschnitt für eine Elektrode zu schaffen, der sich entlang des Heizschaums so erstreckt, dass die Elektrode an der gewünschten Stelle platziert werden kann.
Der zusätzlich zum Heizschaum verwendete, dichtere Stromleitschaum ermöglicht es, die Elektroden zuverlässig an dem festeren Stromleitschaum anbringen zu können. Des Weiteren können die Stromleitabschnitte dünn ausgeführt sein, da die kritische Grenzquerschnittsfläche, bei der es gerade noch zu keiner Hotspotbildung kommt, infolge der Verdichtung geringer ist als bei einem unverdichteten Schaum.
Dabei können die verbundenen Abschnitte des Heizschaums den vordefinierten Strompfad des Heizschaums bilden, wobei der Anschlussabschnitt, der mit einer ersten Elektrode elektrisch verbunden ist, mit einem der äußeren Enden des Strompfades innerhalb des Heizschaums kontaktiert ist und der zweite Anschlussabschnitt, der mit der zweiten Elektrode elektrisch verbunden ist, mit dem zweiten äußeren Ende des Strompfades innerhalb des Heizschaums kontaktiert ist. Durch das Maximieren der Strompfadlänge innerhalb des Heizschaums wird eine besonders homogene Erwärmung des Abgasstroms erreicht sowie die Heizoberfläche vergrößert, wodurch der Katalysator noch effizienter arbeiten kann.
Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich der zweite Anschlussabschnitt, wie der erste Anschlussabschnitt, in Umfangsrichtung entlang mindestens eines Stromleitabschnittes, ist aber elektrisch gegenüber diesem isoliert. Durch die Anordnung des zweiten Anschlussabschnitts ebenfalls entlang eines Stromleitabschnittes kann eine symmetrische Ausführungsform entworfen werden, bei der die beiden Anschlussabschnitte gleich lang sind, wodurch eine symmetrische Stromeinleitung und Stromausleitung entsteht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stromleitschaum eine hohlzylindrische, insbesondere ringförmige, Form und keine von der Außen- oder Innenfläche der Form abstehende Strukturen aufweist, wobei die zumindest eine elektrische Isolierung zwischen einem Anschlussabschnitt und einem Stromleitabschnitt durch Ausnehmungen innerhalb der hohlzylindrischen, insbesondere ringförmigen, Form erfolgen kann. Durch die konstruktive Ausgestaltung ohne abstehende Strukturen ist der Fertigungs- und Montageaufwand gering. Zudem ist diese Ausführungsform besonders kompakt.
Vorteilhafterweise weist der Stromleitschaum eine hohlkreiszylindrische Form auf, und die Anschlussabschnitte und Stromleitabschnitte ragen nicht unter bzw. über den Innendurchmesser bzw. Außendurchmesser des Stromleitschaums. Die hohlkreiszylindrische Form bietet einen noch geringeren Fertigungsaufwand und ermöglicht den einfachen Einbau der Heizvorrichtung in eine übergeordnete Baugruppe, beispielsweise ein Gehäuse, dessen Geometrie zur Aufnahme ebenfalls hohlkreiszylindrisch ausgeführt sein kann, womit der gesamte Fertigungsaufwand zusätzlich sinkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Stromleitschaum eine hohlkreiszylindrische Grundform auf, und zumindest ein Anschlussabschnitt oder ein Stromleitabschnitt liegt außerhalb oder innerhalb der Grundform und ragt über bzw. unter den Außen- bzw. Innendurchmesser der Grundform. Mit dieser Ausführungsform kann eine Material- und Platzersparnis erreicht werden, bei gleichzeitig verstärkt ausgeführten Anschlussabschnitten bzw. Stromleitabschnitten in deren Überlappbereichen, die eine Hotspotbildung verhindern.
Ferner wird die o.g. Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritte umfasst:

a) Herstellen eines Heizschaums und Formen der Außenkontur des Heizschaums,
b) Herstellen eines äußeren Stromleitschaums und Formen der Innenkontur des Stromleitschaums,
c) Einsetzen des Heizschaums in den Stromleitschaum,
d) Verbinden des Heizschaums mit dem Stromleitschaum in einem Ofen, und
e) Erzeugen eines schlangenförmigen Strompfads und Bilden der Anschlussabschnitte und Stromleitabschnitte im Stromleitschaum durch Einschneiden des Heizschaums und des Stromleitschaums.

Der besondere Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Anschlussabschnitte und Stromleitabschnitte erst durch das Einschneiden des Heizschaums und des Stromleitabschnittes nach dem Verbinden des Heizschaums mit dem Stromleitschaum gebildet werden. Dadurch muss zu keinem Zeitpunkt mit einer Vielzahl von Einzelkomponenten gearbeitet werden, und es ist auch nicht notwendig, viele Einzelkomponenten aneinander zu montieren.
Gemäß einer Variante umfasst das Herstellen des äußeren Stromleitschaums eine Vorverdichtung des schaumartigen Ausgangsmaterials. Durch die Vorverdichtung des Stromleitschaums kann für den Heizschaum und den Stromleitschaum das gleiche Ausgangsmaterial verwendet werden, wodurch der Materialeinkauf vereinfacht und die Lagerkosten gesenkt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:

- 1 in einer perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde,
- 2 einen Querschnitt der Heizvorrichtung von 1, wobei die Elektroden nicht geschnitten dargestellt sind,
- 3 in einer perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde,
- 4 einen Querschnitt der Heizvorrichtung von 3, wobei die Elektroden nicht geschnitten dargestellt sind,
- 5 in einer perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde,
- 6 einen Querschnitt der Heizvorrichtung von 5, wobei die Elektroden nicht geschnitten dargestellt sind,
- 7 in einer perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde
- 8 einen Querschnitt der Heizvorrichtung von 7, wobei die Elektroden nicht geschnitten dargestellt sind,
- 9 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde,
- 10 einen Querschnitt des Ausschnitts der Heizvorrichtung von 9, wobei die Elektroden nicht geschnitten dargestellt sind,
- 11 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform, die mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, und
- 12 einen Querschnitt des Ausschnitts der Heizvorrichtung von 11, wobei die Elektroden nicht geschnitten dargestellt sind.

In den 1 und 2 ist eine Heizvorrichtung 1 gezeigt, die zur Erwärmung des Abgasstroms eines Verbrennungsmotors dient.
Die Heizvorrichtung 1 umfasst einen Heizschaum 10, einen Stromleitschaum 20, eine erste Elektrode 30 sowie eine zweite Elektrode 32. Der Stromleitschaum 20 ist mit dem Heizschaum 10 verbunden und umgibt den Heizschaum 10. Am äußeren Umfang des Stromleitschaums 20 sind die beiden Elektroden 30, 32 an einem ersten bzw. zweiten Anschlussabschnitt 24, 26 angebracht.
Der Heizschaum 10 besteht aus mehreren Abschnitten 12 welche durch Einschnitte im Heizschaums 10 gebildet werden.
Diese Abschnitte 12 haben die Funktion, den Abgasstrom, der durch die Heizvorrichtung 1 strömt, zu erwärmen.
Der Stromleitschaum 20 hat zwei Funktionen: Zum einen ist er mechanisch und elektrisch mit den Elektroden 30, 32 verbunden, über die der Heizstrom eingeleitet wird. Aufgrund seiner mechanisch höheren Festigkeit ist der Stromleitschaum 20 hierfür gut geeignet, ohne dass Kontaktbleche, etc. vorgesehen werden müssen. Zum anderen dient der Stromleitschaum 20 dazu, die einzelnen Abschnitte 12 des Heizschaums 10 elektrisch miteinander zu verbinden. Der Stromleitschaum 20 bildet zwischen den einzelnen Abschnitten 12 jeweils einen Stromleitabschnitt 22, sodass insgesamt ein vordefinierter Strompfad 40 (gestrichelt dargestellt) durch die Heizvorrichtung 1 entsteht, der sich von einer Elektrode 30, 32 zur anderen erstreckt.
Der Stromleitschaum 20 unterscheidet sich vom Heizschaum 10 dadurch, dass das Ausgangsmaterial des Stromleitschaums 20 vorverdichtet wurde. Aufgrund der höheren Dichte des Stromleitschaums 20 hat dieser einen niedrigeren spezifischen elektrischen Widerstand, sodass im Stromleitschaum 20 keine Wärme erzeugt wird (oder jedenfalls nicht in nennenswertem Umfang). Außerdem ist durch den niedrigeren spezifischen Widerstand gewährleistet, dass es zu keinen Hotspots in den Stromleitabschnitten 22 kommt.
Der Strompfad 40 erstreckt sich von der ersten Elektrode 30 über den ersten Anschlussabschnitt 24, den ersten Abschnitt 14 des Heizschaums 10, die Stromleitabschnitte 22 und die weiteren Abschnitte 12 des Heizschaums 10 bis zum letzten Abschnitt 16 des Heizschaums 10 und den zweiten Anschlussabschnitt 26 zur zweiten Elektrode 32. Der Strompfad zeigt, welche Abschnitte 12 des Heizschaums 10 potentiell beheizbar sind.
In der ersten Ausführungsform gemäß den 1 und 2 ist der erste Anschlussabschnitt 24 mit dem ersten Stromleitabschnitt 25 bzw. der zweite Anschlussabschnitt 26 mit dem letzten Stromleitabschnitt 27 elektrisch leitend verbunden. Da der Strom den Weg des geringsten Widerstandes wählt, wird durch diese Ausgestaltung der erste und letzte Abschnitt 14, 16 des Heizschaums 10 umgangen und nicht beheizt. Das Umgehen der Abschnitte 14, 16 reduziert die aufzuheizende inerte Masse des Heizschaums 10 und führt bei gleicher Heizleistung zu einem beschleunigten Aufheizen der restlichen Abschnitte.
Aufgrund der besonderen Ausgestaltung und Anordnung der Anschlussabschnitte 24, 26 ist eine Positionierung der Elektroden 30, 32 am Außenumfang des Stromleitschaums 20 mit einem Winkel von weniger als 120° zueinander möglich.
Gemäß 2 erstreckt sich der erste Anschlussabschnitt 24 an der Außenseite des Stromleitschaums 20 entlang zweier Stromleitabschnitte 22. Der Anschlussabschnitt 24 ist zu den Stromleitabschnitten 22 elektrisch isoliert.
Der zweite Anschlussabschnitt 26 ist in dieser Ausführungsform nach einer aus dem Stand der Technik bekannten Weise angeordnet, wobei sich der Anschlussabschnitt 26 nicht entlang mindestens eines Stromleitabschnitts 22 erstreckt, sondern in Umfangsrichtung neben den Stromleitabschnitten 22 angeordnet ist. Aufgrund der beiden unterschiedlichen Anschlussabschnitte 24, 26 ergibt sich bei dieser Ausführungsform eine asymmetrische Anordnung.
Der Stromleitschaum 20 kann verschiedene Ausgestaltungsformen annehmen. Die erste Ausführungsform gemäß den 1 und 2 hat einen Stromleitschaum 20 mit hohlkreiszylindrische Form, bei dem die Isolierung zwischen den Stromleitabschnitten 22 und den Anschlussabschnitten 24, 26 durch Ausnehmungen, hier in Form von Schlitzen, umgesetzt ist.
In den 3 und 4 ist eine Heizvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile und Merkmale werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der zweiten Ausführungsform die Anschlussabschnitte 24, 26 symmetrisch ausgeführt sind und sich beide an der Außenseite des Stromleitschaums 20 jeweils entlang zweier Stromleitabschnitte 22 erstrecken.
Ein weiterer Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt in den zusätzlich vorgesehenen elektrischen Abtrennungen 28, 29, hier in Form von Schlitzen, zwischen den Anschlussabschnitten 24, 26 und dem ersten bzw. letzten Stromleitabschnitt 25, 27. Durch diese Abtrennungen 28, 29 wird eine Überbrückung über den Stromleitschaum 20 vermieden. Die gezeigten Abtrennungen 28, 29 sind jedoch nur beispielhaft zu verstehen und können auch größer und an einer anderen Stelle positioniert werden, insbesondere um die Länge des Strompfads 40 zu maximieren.
Wie die erste Ausführungsform hat auch die zweite Ausführungsform gemäß den 3 und 4 einen Stromleitschaum 20 mit hohlkreiszylindrischer Form, bei dem die Isolierung zwischen den Stromleitabschnitten 22 und den Anschlussabschnitten 24, 26 durch Ausnehmungen, hier auch in Form von Schlitzen, umgesetzt ist.
In den 5 und 6 ist eine Heizvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile und Merkmale werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Unterschied zwischen der dritten und der ersten bzw. zweiten Ausführungsform besteht darin, dass bei der dritten Ausführungsform der Stromleitschaum 20 eine hohlkreiszylindrische Grundform aufweist, bei der die beiden Anschlussabschnitte 24, 26 über den Außendurchmesser der Grundform ragen. Dabei sind zur Vermeidung von Hotspots bei gleichzeitig größtmöglicher Materialeinsparung die Anschlussabschnitten 24, 26 und Stromleitabschnitten 22 ähnlich groß dimensioniert. Das bedeutet, dass bei einer beliebigen Schnittebene, bei der der Strompfad 40 normal auf dieser Schnittebene steht, die Querschnittsflächen der Anschlussabschnitte 24, 26 und Stromleitabschnitte 22 ähnlich groß sind.
In den 7 und 8 ist eine Heizvorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform gezeigt. Für die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannten Bauteile und Merkmale werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Bei der vierten Ausführungsform weist der Stromleitschaum 20 wie bei der dritten Ausführungsform eine hohlkreiszylindrische Grundform auf. Der Unterschied zwischen der vierten und dritten Ausführungsform besteht darin, dass die beiden Anschlussabschnitte 24, 26 unter den Innendurchmesser der Grundform ragen. Dabei werden wie bei der dritten Ausführungsform die Anschlussabschnitte 24, 26 bzw. Stromleitabschnitte 22 ähnlich groß dimensioniert, wobei zusätzlich durch die zylindrische Außenform der Heizvorrichtung 1 eine einfache Integration in eine übergeordnete Baugruppe (z.B. Gehäuse) möglich ist.
Wie bei der zweiten Ausführungsform sind in der vierten Ausführungsform elektrischen Abtrennungen 28, 29, hier ebenfalls in Form von Schlitzen, zwischen den Anschlussabschnitten 24, 26 und dem ersten bzw. letzten Stromleitabschnitt 25, 27 vorgesehen. Dadurch wird der Strompfad 40 über den erste und letzte Abschnitt 14, 16 des Heizschaums 10 geleitet, wodurch sich diese ebenfalls beheizen lassen.
Zwei weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsformen sind den 9 bis 12 zu entnehmen. Diese Ausführungsformen entsprechen im Wesentlichen der zweiten Ausführungsform, haben jedoch im Unterschied zu dieser speziell ausgeformte Abtrennungen 28, 29, um ein noch gleichmäßigeres Aufheizen in den Randbereichen durch einen verbesserten Stromfluss im erste und letzte Abschnitt 14, 16 des Heizschaums 10 zu ermöglichen.
Hierzu sind in der fünften Ausführungsform gemäß den 9 und 10 die Abtrennungen 28, 29 in Umfangsrichtung größer ausgeführt, wobei dadurch der Anschlussabschnitt 24 und der Stromleitabschnitt 25 als auch der Anschlussabschnitt 26 und der Stromleitabschnitt 27 weiter voneinander beabstandet sind als beispielsweise in der zweiten Ausführungsform.
Die sechste Ausführungsform gemäß den 11 und 12 weist T-förmige Abtrennungen 28, 29 auf. Im direkten Vergleich zur zweiten Ausführungsform werden die Abtrennungen 28, 29 ebenfalls aus einem radial, durch den Stromleitschaum 20 erstreckenden Schlitz gebildet, jedoch teilt sich dieser Schlitz in zwei weitere, daran anschließende Schlitze in Form von Ästen auf, die sich zwischen dem Stromleitschaum 20 und dem Heizschaum 10 in Umfangsrichtung erstrecken. Der Stromleitschaum 20 bleibt dadurch weiterhin größtenteils rund im Querschnitt, womit die Geometrie eines Gehäuses, in welchem der Stromleitschaum gelagert werden kann, vereinfacht und damit eine Standardisierung erleichtert werden kann.
Natürlich sind auch Kombinationen der gezeigten Ausführungsformen denkbar. Ebenso kann der Stromleitschaum 20 eine beliebige hohlzylindrische, insbesondere ringförmige, Form aufweisen.
Im Folgenden wird die Herstellung einer Heizvorrichtung 1 erläutert.
Dafür wird das Ausgangsmaterial des Heizschaums 10 hergestellt und dessen Außenkontur geformt. Die Außenkontur des Heizschaums 10 ist frei wählbar, muss jedoch mit der nachfolgend beschriebenen Innenkontur des Stromleitschaums 20 im Wesentlichen übereinstimmen.
In einem weiteren Schritt, der vor, nach oder während des vorherigen Schrittes erfolgen kann, wird das Ausgangsmaterial des Stromleitschaums 20 hergestellt und dessen Innenkontur geformt. Durch das Formen der Innenkontur des Stromleitschaums 20 wird somit das Gegenstück zum Heizschaum 10 gebildet.
Anschließend wird der Heizschaums 10 in den Stromleitschaum 20 eingesetzt. Dazu kann eine Fügekraft erforderlich sein, falls die Außenkontur des Heizschaums 10 gegenüber der Innenkontur des Stromleitschaums 20 ein Übermaß aufweist.
Danach erfolgt das Verbinden des Heizschaums 10 mit dem Stromleitschaum 20 in einem Ofen. Insbesondere Sinterverfahren eignen sich besonders gut, um die zwei schaumartigen Bauteile dauerhaft miteinander zu verbinden.
In einem nachgelagerten Schritt wird der schlangenförmige Strompfad 40 erzeugt, indem die Anschlussabschnitte 24, 26 und Stromleitabschnitte 22 im Stromleitschaum 20 durch Einschnitte im Heizschaums 10 und Stromleitschaums 20 gebildet werden. Das Einschneiden des Heizschaums 10 und des Stromleitschaums 20 erfolgt bewusst erst nach dem Verbinden der beiden Bauteile im Ofen, wodurch viele Einzelteil vermieden werden, die ansonsten beim nachgelagerten Fügen in Position gebracht werden müssten. Dadurch bietet dieses Verfahren eine besonders einfache Handhabung aller beteiligten Bauteile.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5695722 A1 [0007]

Claims

Heizvorrichtung (1) für ein Abgassystem eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrisch leitfähigen Heizschaum (10), der durch Unterbrechungen in Abschnitte (12) unterteilt ist, die in einem Querschnitt betrachtet so nebeneinanderliegen, dass ein Strompfad (40) vordefiniert ist, der sich von einer Stromeinleitstelle der Heizvorrichtung (1) zu einer Stromausleitstelle, beispielsweise von einer Seite der Heizvorrichtung (1) zur anderen Seite, erstreckt, zwei Elektroden (30, 32), die mit der Stromeinleitstelle bzw. Stromausleitstelleelektrisch verbunden sind, wobei der Heizschaum (10) außenseitig mindestens abschnittsweise mit einem Stromleitschaum (20) versehen ist, der eine höhere Dichte hat als der Heizschaum (10) und Stromleitabschnitte (22) bildet, die nebeneinanderliegende Abschnitte (12) des Heizschaums (10) elektrisch miteinander verbindet, und wobei die Stromeinleitstelle oder Stromausleitstelle als ein Anschlussabschnitt (24) vorgesehen ist, der aus dem Stromleitschaum (20) besteht, sich in Umfangsrichtung entlang mindestens eines Stromleitabschnitts (22) erstreckt, aber elektrisch gegenüber diesem isoliert ist, wobei der Anschlussabschnitt (24) mit einem der Abschnitte (12) des Heizschaums (10) elektrisch verbunden ist und mit einer der Elektroden (30), so dass die beiden Elektroden (30, 32) in Umfangsrichtung weniger als 180°, insbesondere weniger als 120°, voneinander beabstandet sind und wobei die noch nicht zugeordnete Stromeinleitstelle bzw. Stromausleitstelle als ein zweiter Anschlussabschnitt (26) vorgesehen ist, der aus dem Stromleitschaum (20) besteht und mit der zweiten Elektrode (32) verbunden ist.
Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verbundenen Abschnitte (12) des Heizschaums (10) den vordefinierten Strompfad des Heizschaums (10) bilden, wobei der Anschlussabschnitt (24), der mit einer ersten Elektrode (30) elektrisch verbunden ist, mit einem der äußeren Enden des Strompfades (40) innerhalb des Heizschaums kontaktiert ist, und der zweite Anschlussabschnitt (26), der mit der zweiten Elektrode (32) elektrisch verbunden ist, mit dem zweiten äußeren Ende des Strompfades (40) innerhalb des Heizschaums kontaktiert ist.
Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschlussabschnitt (26), wie der erste Anschlussabschnitt (24), sich in Umfangsrichtung entlang mindestens eines Stromleitabschnittes (22) erstreckt, aber elektrisch gegenüber diesem isoliert ist.
Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromleitschaum (20) eine hohlzylindrische, insbesondere ringförmige, Form aufweist und der Stromleitschaum (20) keine von der Außen- oder Innenfläche der Form abstehende Strukturen aufweist und wobei die zumindest eine elektrische Isolierung zwischen einem Anschlussabschnitt (24, 26) und einem Stromleitabschnitt (22) durch Ausnehmungen innerhalb der hohlzylindrischen, insbesondere ringförmigen, Form erfolgt.
Heizvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromleitschaum (20) eine hohlkreiszylindrische Form aufweist und die Anschlussabschnitte (24, 26) und Stromleitabschnitte (22) nicht unter bzw. über den Innendurchmesser bzw. Außendurchmesser des Stromleitschaums (20) ragen.
Heizvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromleitschaum (20) eine hohlkreiszylindrische Grundform aufweist und zumindest ein Anschlussabschnitt (24, 26) oder ein Stromleitabschnitt (22) außerhalb oder innerhalb der Grundform liegt und über bzw. unter den Außen- bzw. Innendurchmesser der Grundform ragt.
Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritte umfasst: a) Herstellen eines Heizschaums (10) und Formen der Außenkontur des Heizschaums (10), b) Herstellen eines äußeren Stromleitschaums (20) und Formen der Innenkontur des Stromleitschaums (20), c) Einsetzen des Heizschaums (10) in den Stromleitschaum (20), d) Verbinden des Heizschaums (10) mit dem Stromleitschaum (20) in einem Ofen, und e) Erzeugen eines schlangenförmigen Strompfads (40) und Bilden der Anschlussabschnitte (24, 26) und Stromleitabschnitte (22) im Stromleitschaum (20) durch Einschneiden des Heizschaums (10) und des Stromleitschaums (20).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des äußeren Stromleitschaums (20) eine Vorverdichtung des schaumartigen Ausgangsmaterials umfasst.