DE102021116509A1

DE102021116509A1 - Heizvorrichtung, Reinigungsvorrichtung, Abgasstrang, Verfahren zur Herstellung der Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102021116509A1
Application number: DE102021116509.1A
Authority: DE
Inventors: Gaëtan RICHARD; Ting Feng; Thomas FERRIER
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2021-12-30
Also published as: CN113864028A; FR3111944B1; CN113864028B; US11480086B2; FR3111944A1; US20210404363A1

Abstract

Die Heizvorrichtung (19) umfasst ein Heizelement (20) mit einem zentralen Bereich (32) und einem Umfangsrand (33),
wobei das Heizelement (20) eine Reihe von Schlitzen (49.1 bis 49.8) aufweist, die eine Reihe von Längszweigen (51.1 bis 51.9) begrenzen, die durch Bogen (53.1 bis 53.8) miteinander verbunden sind,
wobei der zentrale Bereich (32) aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material besteht, das für die Abgase durchlässig ist und eine erste relative Dichte aufweist,
wobei sich die Bogen (53.1 bis 53.8) im Umfangsrand (33) befinden, wobei die Bogen (53.1 bis 53.8) aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material bestehen und eine zweite relative Dichte aufweisen, die größer als die erste relative Dichte ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Erwärmung von Abgasreinigungselementen.
Zur Erwärmung eines Abgasreinigungselements kann eine Heizvorrichtung verwendet werden, die ein plattenartiges Element aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, das für Abgas durchlässig ist. An den Umfangsrand des Elements sind zwei Elektroden an Punkten angeschlossen, die bezüglich der Mitte der Platte im Wesentlichen zueinander entgegengesetzt sind. In die Platte sind Schlitze geschnitten, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, so dass ein gewundener Pfad für den elektrischen Strom geschaffen wird, der von einer Elektrode zur anderen fließt.
Da die Schlitze vorhanden sind, hat das Heizelement also mehrere im Wesentlichen parallele Zweige, die über U-förmige Spitzen miteinander verbunden sind.
In einem solchen elektrischen Heizelement gibt es Bereiche, in denen die elektrische Stromdichte besonders hoch ist. Diese Bereiche befinden sich insbesondere im Bereich der U-förmigen Spitzen. Das das Heizelement bildende Material wird auf eine hohe Temperatur erhitzt. Dadurch gibt es erhebliche Temperaturgradienten innerhalb des Heizelements, was zu einer Verringerung der Lebensdauer des Heizelements beiträgt.
Dieses Problem kann dadurch überwunden werden, dass die Enden der Schlitze verbreitert werden.
Dies trägt dazu bei, eine gleichmäßigere Verteilung der elektrischen Stromdichte und geringere Temperaturgradienten innerhalb des Heizelements zu erzielen.
Diese Lösung ist jedoch nicht gänzlich zufriedenstellend.
In diesem Zusammenhang ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Heizvorrichtung für ein Abgasreinigungselement mit einer erhöhten Lebensdauer zu schaffen.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Heizvorrichtung für ein Abgasreinigungselement, wobei die Heizvorrichtung ein Heizelement mit einem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden Umfangsrand umfasst,
wobei das Heizelement eine Reihe von Schlitzen aufweist, wobei die Schlitze einen S-förmigen Weg durch das Heizelement definieren,
wobei die Schlitze eine Reihe von Längszweigen in dem Heizelement bilden, die durch Bogen miteinander verbunden und in Querrichtung gegeneinander versetzt sind,
wobei der zentrale Bereich aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material besteht, das für die Abgase durchlässig ist, und eine erste relative Dichte aufweist,
wobei sich die Bogen im Umfangsrand befinden, wobei die Bogen aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material bestehen und eine zweite relative Dichte aufweisen, die größer als die erste relative Dichte ist.
Da die Bogen aus einem Material bestehen, das eine größere relative Dichte als der zentrale Bereich des Heizelements aufweist, ist die Stromdichte an den Bogen verringert.
Die Stromdichte bestätigt nämlich die folgende Gleichung: $D = I / S$
wobei D die elektrische Stromdichte in Ampere pro cm², I der elektrische Strom in Ampere und S der volle Querschnitt des Materials in cm² ist.
Bei einem Material wie etwa einem Schaumstoff entspricht der Vollschnitt dem Teil des Schnitts, der aus dem vollen Material besteht, ohne Berücksichtigung der Poren.
Beim zweiten Material ist dieser Vollschnitt größer als der Vollschnitt des ersten Materials. Durch die Wahl einer höheren relativen Dichte wird daher die Stromdichte an den Bogen verringert, und dies trägt somit zur Verringerung oder sogar Beseitigung von Überhitzungsstellen an den Bogen bei.
Infolgedessen sind die Bogenbereiche, die auf eine hohe Temperatur gebracht werden, von der Fläche her viel kleiner, was zu einer längeren Lebensdauer des Heizelements beiträgt. Die Temperaturgradienten innerhalb des Heizelements sind dadurch verringert.
Die Heizvorrichtung kann ferner eines oder mehrere der nachstehenden Merkmale aufweisen, die einzeln oder entsprechend allen technisch möglichen Kombinationen betrachtet werden:

- ein erstes und ein zweites Stromversorgungselement sind an einen ersten bzw. einen zweiten Abschnitt des Umfangsrandes aus dem zweiten Material angeschlossen;
- der Umfangsrand besteht vollständig aus dem zweiten Material;
- die Bogen bestehen vollständig aus dem zweiten Material;
- der Umfangsrand ist in einen ersten Rand und einen zweiten Rand unterteilt, wobei jeder Schlitz am ersten Rand oder am zweiten Rand über ein proximales Ende mündet und ein geschlossenes distales Ende aufweist, das sich im Umfangsrand befindet;
- das erste Material ist ein Schaumstoff aus einem metallischen Material mit einer ersten Volumenkonzentration an Poren;
- das zweite Material umfasst das metallische Material und weist eine zweite Volumenkonzentration an Poren auf, die geringer als die erste Volumenkonzentration ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung mit:

- einem Außengehäuse,
- einem im Außengehäuse angeordneten Abgasreinigungselement und
- einer Heizvorrichtung mit den obigen Merkmalen, wobei das Heizelement im Außengehäuse angeordnet ist, vorzugsweise stromaufwärts des Reinigungselements.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung einen Abgasstrang, der eine Reinigungsvorrichtung mit den obigen Merkmalen umfasst.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung mit den obigen Merkmalen, wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Erhalten eines ringförmigen Teils, das aus dem zweiten Material besteht,
- Erhalten einer Platte, die aus dem ersten Material besteht,
- Einsetzen der Platte in das ringförmige Teil, und
- Verbinden der Platte und des ringförmigen Teils durch Erwärmen bei hoher Temperatur in einem Ofen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die zur Information und in keiner Weise einschränkend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erfolgt; darin zeigen:

1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Abgasstrangs mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
2 eine Vorderansicht des Heizelements aus 1, wobei Bereiche, die die Höhe der elektrischen Stromdichte in dem Heizelement darstellen, in der Figur darübergelegt sind,
3 eine vergrößerte Ansicht eines Details aus 2, in der eine Überhitzungsstelle am distalen Ende eines der Schlitze gezeigt ist,
4 eine Vorderansicht der Platte in 2, in der die Lage der verschiedenen Überhitzungsstellen gezeigt ist, wobei diese Überhitzungsstellen als die Bereiche des Heizelements definiert sind, in denen die Stromdichte größer als 110 Ampere pro cm² ist,
die 5 bis 7 ähnliche Ansichten wie die 2 bis 4 für ein Vergleichsheizelement, bei dem der Umfangsrand aus dem gleichen Material und mit der gleichen relativen Dichte wie der zentrale Bereich hergestellt ist,
8 ein Schrittdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer Heizvorrichtung, bei der das erste und das zweite Material Metallschäume sind,
die 9 und 10 eine Draufsicht bzw. eine Schnittansicht einer Form, die für den Hochtemperaturerwärmungsschritt des Verfahrens aus 8 verwendet wird, und
die 11 und 12 Ansichten, die denen der 9 und 10 ähnlich sind und ein weiteres Beispiel für eine Form zeigen, die bei dem Verfahren von 8 zum Einsatz kommen kann.

Die in 1 schematisch gezeigte Reinigungsvorrichtung 1 ist zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs bestimmt, üblicherweise eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor, wie etwa eines Pkws oder Lkws.
Sie ist in den Abgasstrang 3 des Fahrzeugs eingefügt. Dieser umfasst üblicherweise einen Abgaskrümmer 5, der die aus den Verbrennungsräumen des Verbrennungsmotors 7 des Fahrzeugs austretenden Abgase auffängt. Der Krümmer ist in den Motorkopf integriert oder ein am Motor angebautes Element.
Die Reinigungsvorrichtung 1 ist über eine stromaufwärtige Leitung 9, in die in der Regel weitere Geräte, wie etwa ein Turbolader, zwischengeschaltet sind, strömungsmäßig mit dem Krümmer 5 verbunden.
Stromabwärts ist die Reinigungsvorrichtung 1 über eine stromabwärtige Leitung 11 strömungsmäßig mit einer Rohrleitung 13 verbunden. Zwischen der Reinigungsvorrichtung 1 und der Rohrleitung 13 liegen weitere Geräte wie etwa Schalldämpfer oder weitere Reinigungsgeräte. Das gereinigte Abgas wird durch die Rohrleitung 13 in die Atmosphäre entlassen.
Die Reinigungsvorrichtung 1 umfasst ein Außengehäuse 15 mit einer Innenfläche 16 mit einer Mittelachse A und eine elektrische Heizvorrichtung 19.
Die Heizvorrichtung 19 umfasst ein elektrisches Heizelement 20, das im Außengehäuse 15 untergebracht ist, und eine Energieversorgung 21.
Das Außengehäuse 15 hat einen Abgaseinlass 23 und einen Auslass 25, die mit der stromaufwärtigen Leitung 9 bzw. der stromabwärtigen Leitung 11 verbunden sind.
Das Außengehäuse 15 hat eine beliebige geeignete Form.
Die Reinigungsvorrichtung 1 umfasst ferner ein Abgasreinigungselement 17, das im Außengehäuse 15 aufgenommen ist.
Die Reinigungsvorrichtung 17 ist beispielsweise ein SCR-Katalysator, ein Dreiwegekatalysator, ein Oxidationskatalysator oder eine NOx-Falle.
Wie in 1 zu sehen ist, ist zwischen dem Reinigungselement 17 und dem Außengehäuse 15 eine Haltematte 27 zwischengelegt.
Üblicherweise sind ein oder mehrere Reinigungselemente im Außengehäuse 15 angeordnet.
Vorteilhafterweise ist das Heizelement 20 vor und nahe der Einlassseite 29 des Reinigungselements 17 angeordnet. Bei einer Variante ist das Heizelement 20 vor und nahe der Auslassseite 31 des Reinigungselements 17, d.h. stromabwärts davon, angeordnet. Die Einlassseite 29 und die Auslassseite 31 sind die Seiten, durch die die Abgase in das Reinigungselement 17 eintreten bzw. aus diesem austreten.
Bei einer Variante ist das Heizelement 20 in einem Abstand stromaufwärts des Reinigungselements 17 angeordnet.
In der Regel ist zwischen dem Heizelement 20 und dem Außengehäuse 15 eine weitere Haltematte (nicht gezeigt) zwischengelegt. Sie hält das Heizelement relativ zum Außenmantel 15 fest.
Die Gestalt des Heizelements 20 hängt vom Querschnitt des Außengehäuses 15 und des Reinigungselements 17 ab.
Es ist zum Beispiel kreisförmig.
Bei einer Variante ist es oval oder hat eine beliebige andere geeignete Form.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Heizelement 20 im Wesentlichen flach und dünn.
Das Heizelement 20 ist üblicherweise eine Heizplatte. Bei einer Variante hat das Heizelement eine beliebige andere geeignete Form.
Das Heizelement 20 erstreckt sich typischerweise in einer zur Mittelachse A im Wesentlichen senkrechten Ebene.
Üblicherweise heizt das Heizelement 20 durch den Joule-Effekt.
Das Heizelement 20 hat eine Dicke zwischen 2 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 30 mm und noch bevorzugter zwischen 10 und 20 mm.
Wie in 2 zu sehen ist, hat das Heizelement 20 einen zentralen Bereich 32 und einen Umfangsrand 33, der den zentralen Bereich 32 umgibt.
Der Umfangsrand 33 weist eine geschlossene Kontur auf.
Der Umfangsrand 33 umgibt den zentralen Bereich 32 vollständig.
Die Heizvorrichtung 19 weist ein erstes und ein zweites Stromversorgungselement 35, 37 auf, die mit dem Umfangsrand 33 des Heizelements 20 verbunden sind.
Bei dem ersten und dem zweiten Stromversorgungselement 35, 37 handelt es sich üblicherweise um Elektroden. Bei einer Variante handelt es sich um zusammengebaute elektrische Kontakte, die etwa verschweißt bzw. verlötet sind, oder ein beliebiges anderes geeignetes Element.
Das Heizelement 20 hat eine große stromaufwärtige Fläche 39 und eine große stromabwärtige Fläche 41, die zueinander entgegengesetzt sind (1), sowie einen Rand 43, der die großen Flächen 39, 41 miteinander verbindet.
Bei dem gezeigten Beispiel sind das erste und das zweite Stromversorgungselement 35, 37 am Rand 43 befestigt.
Bei einer Variante ist bzw. sind das erste und/oder das zweite Stromversorgungselement 35, 37 am Umfangsrand 33 an der großen stromaufwärtigen Fläche 39 oder an der großen stromabwärtigen Fläche 41 befestigt.
Der Umfangsrand 33 ist in einen ersten Rand 45 und einen zweiten Rand 47 unterteilt.
Der erste und der zweite Rand 45, 47 decken zusammen den gesamten Umfangsrand 33 ab.
Der erste und der zweite Rand 45, 47 sind zum Beispiel durch das erste und das zweite Stromversorgungselement 35, 37 begrenzt.
Somit entspricht der erste Rand 45 dem Abschnitt des Umfangsrandes 33, der sich vom ersten Stromversorgungselement 35 zum zweiten Stromversorgungselement 37 erstreckt, wenn man in der Ausführungsform von 2 dem Umfangsrand 33 im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung folgt. Der zweite Rand 47 entspricht dem Abschnitt des Umfangsrands 33, der sich vom ersten Stromversorgungselement 35 zum zweiten Stromversorgungselement 37 erstreckt, wenn man in der Ausführungsform von 2 dem Umfangsrand 33 in Umfangsrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn folgt.
Üblicherweise sind das erste und das zweite Stromversorgungselement 35, 37 bezüglich des geometrischen Mittelpunkts C der Platte symmetrisch angeordnet.
Ist das Heizelement 20 kreisförmig, so entspricht der geometrische Mittelpunkt C der Platte dem Mittelpunkt des Kreises. Ist das Heizelement 20 elliptisch, so entspricht der geometrische Mittelpunkt C dem Punkt, der auf halbem Wege zwischen den beiden Brennpunkten der Ellipse liegt.
Insgesamt entspricht der geometrische Mittelpunkt C dem Mittelpunkt der Isobaren aller Punkte der Platte.
Der erste und der zweite Rand 45, 47 haben die gleiche Länge, wenn das erste und das zweite Stromversorgungselement in Bezug auf den geometrischen Mittelpunkt C des Heizelements 20 symmetrisch sind.
Die Stromversorgung 21 ist mit dem ersten und dem zweiten Stromversorgungselement 35, 37 verbunden.
Beispielsweise ist das erste Stromversorgungselement 35 mit einem Stromerzeuger verbunden und das zweite Stromversorgungselement 37 liegt an Masse.
Bei einer Variante bilden das erste und das zweite Stromversorgungselement 35, 37 zusammen einen Winkel von weniger als 180° und vorzugsweise zwischen 20° und 180°.
Bei einer Variante sind der erste und der zweite Rand 45, 47 durch eine Gerade begrenzt, die durch den geometrischen Mittelpunkt C des Heizelements verläuft.
Wie in 2 zu sehen ist, weist das Heizelement 20 eine Reihe von Schlitzen 49.1 bis 49.8 auf.
Die Schlitze 49.1 bis 49.8 erstrecken sich alle im Wesentlichen entlang einer Längsrichtung L, die in 2 durch eine gemischte Linie dargestellt ist.
Mit anderen Worten, jeder der Schlitze 49.1 bis 49.8 erstreckt sich entlang einer allgemeinen Längsrichtung, die für alle Schlitze gleich ist.
Die Schlitze 49.1 bis 49.8 definieren einen S-förmigen Weg durch das Heizelement 20.
Die Schlitze 49.1 bis 49.8 sind in einer Querrichtung gegeneinander versetzt und münden abwechselnd am ersten Rand 45 und am zweiten Rand 47.
Mit anderen Worten, die Schlitze 49.1 bis 49.8 sind längs der Querrichtung T, die in 2 als gemischte Linie gezeigt ist, voneinander beabstandet.
Typischerweise sind sie längs der Querrichtung T im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet.
Die Querrichtung T ist senkrecht zur Längsrichtung L.
Das Heizelement 20 erstreckt sich im Wesentlichen in einer Ebene, die die Längsrichtung L und die Querrichtung T enthält.
Bei dem gezeigten Beispiel weist das Heizelement 20 acht Schlitze auf. In einer Variante hat das Heizelement 20 weniger als acht Schlitze oder mehr als acht Schlitze. Die Anzahl der Schlitze hängt von der Größe des Heizelements und dem gewünschten Widerstand ab.
Der erste Schlitz 49.1, der sich an einem ersten Querende der Reihe von Schlitzen befindet, mündet am ersten Rand 45.
Der zweite Schlitz 49.2, der in der Reihe von Schlitzen auf den ersten Schlitz 49.1 folgt, mündet am zweiten Rand 47.
Wie zuvor angegeben, münden die Schlitze abwechselnd am ersten und am zweiten Rand 45, 47, was bedeutet, dass jeder Schlitz, der am ersten Rand 45 mündet, von zwei Schlitzen flankiert ist, die am zweiten Rand 47 münden, und umgekehrt, mit Ausnahme des ersten und des letzten Schlitzes.
Die Schlitze 49.1 bis 49.8 sind durchgehende Schlitze. Mit anderen Worten, sie erstrecken sich durch die gesamte Dicke der Heizplatte 20, von der großen stromaufwärtigen Fläche 39 zur großen stromabwärtigen Fläche 41, und sie münden an den beiden großen Flächen 39, 41.
Die Schlitze 49.1 bis 49.8 begrenzen im Heizelement 20 eine Reihe von Längszweigen 51.1 bis 51.9, die durch Bogen 53.1 bis 53.8 miteinander verbunden sind.
Die Zweige 51.1 bis 51.9 erstrecken sich jeweils insgesamt in einer Längsrichtung. Sie sind durch die Schlitze 49.1 bis 49.8 voneinander getrennt. Die Zweige 51.1 bis 51.9 sind, wie die Schlitze 49.1 bis 49.8, in Querrichtung gegeneinander versetzt.
Die Bogen 53.1 bis 53.8 bilden Spitzen und sind somit U-förmig. Jeder Bogen 53.1 bis 53.8 verbindet zwei aufeinanderfolgende Zweige der Reihe von Zweigen.
Jeder Zweig 51.2 bis 51.8 ist also mit einem ersten Längsende über einen Bogen mit dem vorhergehenden Zweig in der Reihe verbunden und mit einem zweiten Längsende, das dem ersten entgegengesetzt ist, über einen weiteren Bogen mit dem nachfolgenden Zweig in der Reihe der Zweige verbunden. Der Bogen und der weitere Bogen sind in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet.
Das erste Stromversorgungselement 35 ist mit dem ersten Zweig 51.1 verbunden. Das zweite Stromversorgungselement 37 ist mit dem letzten Zweig 51.9 verbunden.
Die Schlitze 49.1 bis 49.8 begrenzen somit einen gewundenen Pfad für den elektrischen Strom, der zwischen den beiden Stromversorgungselementen 35, 37 fließt.
Der erste Zweig 51.1 ist zwischen dem ersten Schlitz 49.1 und dem Umfangsrand 33 begrenzt. Der letzte Zweig 51.9 ist zwischen dem letzten Schlitz 49.8 und dem Umfangsrand 33 begrenzt.
Der zentrale Bereich 32 besteht aus einem ersten Material, das elektrisch leitfähig und für Abgase durchlässig ist. Es hat eine erste relative Dichte.
Die Bogen 53.1 bis 53.8 befinden sich im Umfangsrand 33. Die Bogen bestehen aus einem zweiten Material, das elektrisch leitfähig ist und eine zweite relative Dichte aufweist, die größer als die erste relative Dichte ist.
Vorteilhafterweise bestehen die Bogen 53.1 bis 53.8 vollständig aus dem zweiten Material.
Das erste und das zweite Stromversorgungselement 35, 37 sind mit einem ersten bzw. einem zweiten Abschnitt 55, 57 des Umfangsrandes 33 aus dem zweiten Material verbunden.
Der erste und der zweite Abschnitt 55, 57 sind Teil des ersten Zweigs 51.1 bzw. des letzten Zweigs 51.9.
Üblicherweise besteht der Umfangsrand 33 vollständig aus dem zweiten Material.
Wie aus den 2 und 4 ersichtlich, mündet jeder Schlitz 49.1 bis 49.8 über ein proximales Ende 59.1 bis 59.8 am ersten Rand 45 oder am zweiten Rand 47 und hat ein geschlossenes distales Ende 61.1 bis 61.8, das im Umfangsrand 33 gelegen ist.
Das erste Material ist ein Schaumstoff aus einem metallischen Material, der eine erste Volumenkonzentration an Poren aufweist.
Der zentrale Bereich 32 umfasst somit ein Netz von Durchgängen für die Abgase, wodurch eine Wirbelströmung der Abgase durch das Heizelement 20 erzeugt wird.
Das metallische Material, das den zentralen Bereich 32 bildet, ist Edelstahl oder eine andere metallische Legierung. Bei diesem Material handelt es sich zum Beispiel um eine Eisenlegierung, wie etwa FeCrAl. Bei einer Variante ist dieses Material eine Nickel- oder Kupferlegierung, wie etwa NiCr.
Der Schaumstoff weist regellos oder regelmäßig angeordnete offene Poren auf.
Die Porenvolumenkonzentration liegt typischerweise zwischen 5 ppi (pores per inch (Poren pro Zoll)) und 50 ppi, vorzugsweise zwischen 7 und 40 ppi, noch bevorzugter zwischen 10 und 20 ppi.
Das erste Material hat typischerweise eine abgewickelte Fläche zwischen 500 und 5000 m²/m³, vorzugsweise zwischen 1000 und 3000 m²/m³, und noch bevorzugter zwischen 1300 und 2500 m²/m³.
Das erste Material hat eine relative Dichte zwischen 3 und 30%, vorzugsweise zwischen 5 und 25% und noch bevorzugter zwischen 8 und 20%. Mit relativer Dichte ist hier das Verhältnis zwischen der Dichte des ersten Materials und der Dichte des metallischen Materials, das das erste Material bildet, im festen Zustand, d.h. ohne Poren, gemeint.
Vorteilhafterweise ist der zentrale Bereich 32 mit wenigstens einer Beschichtung mit katalytischer Funktion beschichtet, um zur Nachbehandlung des Abgases beizutragen. Diese Beschichtung ist für die Oxidation und/oder Reduktion schadstoffhaltiger Verbindungen im Abgas vorgesehen. Sie kann beispielsweise von der gleichen Art sein wie diejenigen, die beim Dreiwegekatalysator (TWC (Three-way Catalyst)), bei der DOC (Dieseloxidationskatalyse (Diesel Oxidation Catalysis)), beim PNA (Passiver NOx-Adsorber), beim NOx-Speicherkatalysator (LNT (Lean NOx Trap)), bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) oder auch zur Hydrolyse eines zur Reduktion von Stickoxiden dienenden Reduktionsmittels verwendet werden.
Alternativ oder zusätzlich ist diese Beschichtung zur Erhöhung der Oberflächenrauigkeit des Materials vorgesehen, um die Verwirbelung und damit den Wärmeaustausch zu fördern.
Das zweite Material umfasst das metallische Material und weist eine zweite relative Porendichte auf, die geringer als die erste Dichte ist.
Die zweite relative Porendichte ist entweder null oder von null verschieden.
Im ersten Fall ist das zweite Material fest. Seine relative Dichte beträgt 100%. Es hat keine Poren.
Im zweiten Fall ist das zweite Material vorteilhafterweise ein Metallschaum.
Die Volumenkonzentration an Poren liegt dann typischerweise zwischen 10 ppi (Poren pro Zoll) und 100 ppi, vorzugsweise zwischen 15 und 80 ppi, noch bevorzugter zwischen 30 und 60 ppi.
Das zweite Material hat eine relative Dichte zwischen 10 und 99%, vorzugsweise zwischen 30 und 75% und noch bevorzugter zwischen 35 und 60%.
Vorteilhafterweise umfasst das zweite Material nur das metallische Material sowie optional Poren.
Bei einer Variante ist das zweite Material ein Gemisch oder eine Legierung, das bzw. die nicht nur das metallische Material, sondern auch ein weiteres metallisches Material umfasst.
Bei einer Variante ist das zweite Material vom ersten Material verschieden.
Vorteilhafterweise besteht der zentrale Bereich 32 aus diesem Material. Er ist einteilig und aus demselben Material.
Üblicherweise wird der zentrale Bereich 32 durch Schneiden einer einteiligen Platte aus dem elektrisch leitfähigen Material erhalten.
Bei einer Variante wird der zentrale Bereich 32 durch Gießen, Strangpressen, Sintern, additive Fertigung (3D-Druck) usw. erhalten.
Mit anderen Worten, der zentrale Bereich 32 ist als Scheibe aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet, die direkt in die gewünschte Form geschnitten wird.
Der Umfangsrand 33 hat längs der Mittelachse der Platte die gleiche Dicke wie der zentrale Bereich 32. Diese Dicke entspricht der oben definierten Dicke der Platte.
Der Umfangsrand 33 hat in Radialebenen, die die Mittelachse der Platte enthalten, eine im Wesentlichen konstante Breite.
Diese Breite liegt zwischen 2 und 30 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 20 mm, noch bevorzugter zwischen 5 und 16 mm.
Die Mittelachse der Platte ist die Achse, die durch den Mittelpunkt C der Platte und senkrecht zu deren großen Flächen 39, 41 verläuft.
Normalerweise fällt sie mit der Mittelachse A zusammen.
Die Form des Umfangsrandes 33 entspricht im Wesentlichen der Querschnittsform des Außengehäuses 15. Wenn also das Außengehäuse 15 im Querschnitt kreisförmig ist, hat der Umfangsrand 33 eine ringförmige Gestalt. Sein äußerer Rand 63 und sein innerer Rand 65 sind dann beide kreisförmig.
Wenn das Außengehäuse 15 einen elliptischen Querschnitt aufweist, so hat der Umfangsrand 33 eine insgesamt elliptische Form. Sein äußerer und sein innerer Rand 63, 65 sind dann ebenfalls elliptisch.
Der zentrale Bereich 32 hat eine Form, die zum inneren Rand 65 des Umfangsrandes 33 passt. Sein Rand ist an seinem gesamten Umfang gegen den inneren Rand 65 gedrückt. Er ist starr am inneren Rand 65 befestigt.
Die Verteilung der elektrischen Stromdichte im Heizelement 20 wurde durch Berechnung unter Bedingungen simuliert, die für einen echten Abgasstrang repräsentativ sind.
In 2 sind fünf Bereiche gezeigt, die mit a bis e bezeichnet sind und ansteigenden Bereichen der elektrischen Stromdichte entsprechen. Der Bereich a entspricht denjenigen Abschnitten des Heizelements 20, in denen die elektrische Stromdichte zwischen 10 und 30 Ampere pro cm² beträgt. Die Bereiche b, c, d und e entsprechen jeweils den Teilen, in denen die elektrische Stromdichte zwischen 30 und 50, 50 und 70, 70 und 90 bzw. 90 und 110 Ampere pro cm² liegt.
Aus dieser Figur geht hervor, dass sich fast das gesamte Heizelement entweder im Bereich a oder im Bereich b befindet. Teile sehr kleiner Bereiche finden sich in den Bereichen c und d, insbesondere entlang der Verbindung zwischen dem Umfangsrand 33 und dem zentralen Bereich 32.
5 ist eine ähnliche Ansicht wie 2 für ein Heizelement mit der gleichen Geometrie. Das Heizelement in 5 unterscheidet sich von dem in 2 nur dadurch, dass sein Umfangsrand aus dem gleichen Material mit der gleichen relativen Dichte besteht wie der zentrale Bereich.
Die elektrische Stromdichte bei diesem Heizelement wurde unter den gleichen Bedingungen wie für das Heizelement in 2 durch Berechnung simuliert. Die Bereiche a bis e entsprechen den gleichen Bereichen der elektrischen Stromdichte wie bei 2.
Aus 5 wird deutlich, dass die elektrische Stromdichte weniger gleichmäßig als beim Heizelement in 2 ist. Insbesondere ist ein größerer Anteil des Heizelements im Bereich b gelegen. Am ersten und am zweiten Stromversorgungselement gibt es zwei große Überhitzungsstellen.
3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus 2, in der eine an einem Bogen am distalen Ende des Schlitzes 49.5 gelegene Überhitzungsstelle gezeigt ist. Die Länge dieser Überhitzungsstelle beträgt 1,76 mm. Die Länge wird dabei entlang der Längsrichtung gemessen.
6 ist eine der 3 ähnliche Ansicht für das Heizelement in 5. Diese Figur zeigt, dass die Länge der Überhitzungsstelle geringer ist als in 3. Diese Länge beträgt etwa 1,36 mm und ist damit im Vergleich zu 3 um 30% geringer. Dies unterstreicht, dass in 6 der elektrische Strom am distalen Ende des Schlitzes viel konzentrierter ist. Infolgedessen sind die Gradienten der elektrischen Stromdichte und die Temperaturgradienten in 6 viel höher als in 3.
4 ist aus der 2 übernommen. Nur die Überhitzungsstellen HS (hot spots) wurden durch Überlagerung auf dem Heizelement 20 gekennzeichnet. Diese Überhitzungsstellen HS sind als die Teile des Heizelements 20 definiert, in denen die elektrische Stromdichte höher als 110 Ampere pro cm² ist. Diese Überhitzungsstellen HS befinden sich an den distalen Enden 61.1 bis 61.8 der Schlitze 49.1 bis 49.8 und auf Höhe der Stromversorgungselemente 35, 37.
Insgesamt entsprechen diese verschiedenen Überhitzungsstellen HS einem Volumen von ungefähr 135 mm³ im Heizelement 20.
7 ist eine ähnliche Ansicht wie die von 4 und aus 5 entnommen.
Es sind darin zwei großvolumige Überhitzungsstellen auf der Höhe des ersten und des zweiten Stromversorgungselements 35, 37 hervorgehoben. Insgesamt nehmen die Überhitzungsstellen in der Platte von 5 ein Volumen von 472 mm³ ein.
Im Folgenden wird das Herstellungsverfahren für die oben beschriebene Heizvorrichtung ausführlich erläutert.
Dieses Herstellungsverfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Erhalten eines ringförmigen Teils, das aus dem zweiten Material besteht,
- Erhalten einer Platte, die aus dem ersten Material besteht,
- Einsetzen der Platte in das ringförmige Teil,
- Befestigen der Platte und des ringförmigen Teils durch Erwärmen bei hoher Temperatur in einem Ofen.

Das ringförmige Teil ist dazu vorgesehen, den Umfangsrand 33 des Heizelements 20 zu bilden, und hat somit im Wesentlichen die gleiche Form und die gleichen Abmessungen wie der oben beschriebene Umfangsrand 33.
Wie oben beschrieben, ist das ringförmige Teil kreisförmig oder elliptisch oder hat eine beliebige andere geeignete Form.
Dieses ringförmige Teil wird auf eine beliebige geeignete Weise erhalten. Zum Beispiel ist dieses ringförmige Teil ein Rohrabschnitt aus dem zweiten Material. Dies ist besonders geeignet, wenn das zweite Material massiv ist. Das ringförmige Teil wird dann erhalten, indem ein Abschnitt des Rohrs abgeschnitten wird.
Bei einer Variante wird das ringförmige Teil gewalzt und geschweißt oder durch additive Fertigung oder durch Sintern erhalten.
Die Platte ist dazu gedacht, den zentralen Bereich 32 des Heizelements 20 zu bilden.
Sie wird auf jede geeignete Weise erhalten. Sie wird insbesondere wie oben beschrieben erhalten.
Während des Schrittes des Verbindens wird die in das ringförmige Teil eingesetzte Platte auf eine Temperatur erwärmt, die dazu geeignet ist, das zweite Material mit dem ersten Material so zusammenzufügen, dass eine Verbindung zwischen den Materialien des ringförmigen Teils und der Platte gebildet wird. Diese Temperatur beträgt üblicherweise mehr als 1000°C, vorzugsweise mehr als 1200°C.
Das Herstellungsverfahren umfasst ferner einen Schritt, bei dem das erste Stromversorgungselement 35 und das zweite Stromversorgungselement 37 am Umfangsrand 33 des Heizelements 20 befestigt werden.
Nach dem Befestigungsschritt ist das Heizelement 20 erhalten.
Es wird nun ein weiteres Herstellungsverfahren beschrieben. Dieses Herstellungsverfahren ist speziell auf eine Heizvorrichtung abgestimmt, bei der der zentrale Teil und der Umfangsrand des Heizelements Schaumstoffe aus einem metallischen Material der oben beschriebenen Art sind.
Wie in 8 veranschaulicht, umfasst das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte:

- S10: Erhalten einer flüssigen Suspension, die ein Pulver aus dem metallischen Material und ein Bindemittel umfasst,
- S12: Erhalten einer Platte 71 aus einem ersten Schaumkunststoff,
- S14: Tränken der Platte 71 mit der flüssigen Suspension,
- S16: Erhalten eines ringförmigen Teils 73 in einem zweiten Schaumkunststoff,
- S18: Tränken des ringförmigen Teils 73 mit der flüssigen Suspension,
- S22: Einsetzen der Platte 71 in das ringförmige Teil 73,
- S26: Befestigen der Platte 71 und des ringförmigen Teils 73 durch Erwärmen bei hoher Temperatur in einem Ofen.

Das metallische Material ist von der oben beschriebenen Art. Beispielsweise handelt es sich um eine Eisenlegierung wie etwa FeCrAl.
Das Bindemittel umfasst zum Beispiel einen Poly(vinylalkohol) von der Art, die unter dem Handelsnamen Moviol 10-98 erhältlich ist. Vorteilhafterweise umfasst das Bindemittel auch ein Polyethylenglykol, zum Beispiel vom Typ, wie er unter dem Handelsnamen PEG 400 vertrieben wird.
Das Bindemittel hat die Aufgabe, die Suspension klebrig zu machen, so dass eine bessere Durchtränkung des Schaumkunststoffs erreicht wird.
Das Metallpulver und das Bindemittel sind in entionisiertem Wasser suspendiert.
Die in Schritt S12 erhaltene Platte 71 ist dazu vorgesehen, den zentralen Bereich 32 des Heizelements 20 zu bilden.
Sie hat im Wesentlichen die Form und die Abmessungen des zentralen Bereichs 32 des Heizelements im fertiggestellten Zustand.
Diese Platte wird in der Regel aus einem Block des ersten Schaumstoffs geschnitten.
Der erste Schaumstoff ist vorteilhafterweise ein offenzelliger Polyurethanschaum.
Die Zellen des Polyurethanschaums haben typischerweise eine Abmessung zwischen 1 und 5 mm.
Diese Abmessung entspricht der größten Breite der Zelle.
Der erste Schaumstoff hat eine Volumenkonzentration an Poren, die so gewählt ist, dass der zentrale Bereich 32 der Heizplatte am Ende des Verfahrens die oben angegebene erste relative Dichte aufweist.
Diese Porenvolumenkonzentration wird experimentell bestimmt.
In Schritt S14 wird die Tränkung der Platte zum Beispiel durch Eintauchen der Schaumstoffplatte in die flüssige Suspension durchgeführt.
Das in Schritt S16 erhaltene ringförmige Teil ist dazu vorgesehen, den Umfangsrand 33 des Heizelements 20 zu bilden. Es hat im Wesentlichen die Form und die Endmaße des Umfangsrandes 33 im fertigen Zustand.
Das ringförmige Teil 73 wird beispielsweise erhalten, indem ein Block aus dem zweiten Schaumstoff auf die Abmessungen des ringförmigen Teils 73 zugeschnitten wird.
Der zweite Schaumstoff ist vorteilhafterweise ein offenzelliger Polyurethanschaum.
Der zweite Schaumstoff hat Poren mit einer Größe zwischen 0,1 mm und 5 mm, vorzugsweise 0,25 mm bis 2 mm. Unter dem Begriff „Porengröße“ wird dabei die größte Breite der Poren verstanden.
Der zweite Schaumstoff hat eine Porenvolumenkonzentration, die so gewählt ist, dass der Umfangsrand 33 der Heizplatte am Ende des Verfahrens die oben angegebene zweite relative Dichte aufweist.
Diese Porenvolumenkonzentration wird experimentell bestimmt.
Das ringförmige Teil 73 wird in Schritt S18 getränkt, indem es beispielsweise in die flüssige Suspension eingetaucht wird.
Vor dem Einsetzschritt S22 werden die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 einem Schritt S20 zur Entfernung überschüssiger Flüssigkeit unterzogen.
Dieser Schritt S20 zur Entfernung überschüssiger Flüssigkeit ist dazu gedacht, die überschüssige flüssige Suspension zu entfernen, die die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 durchtränkt. Der Schritt S20 der Entfernung überschüssiger Flüssigkeit ermöglicht es unter anderem, die flüssige Suspension zu beseitigen, die die Poren des Schaumkunststoffs füllt.
Nach dem Schritt des Entfernens überschüssiger Flüssigkeit verbleibt nur eine die festen Membranen des Schaumkunststoffs bedeckende Schicht der flüssigen Suspension, wobei die meisten der Zellen des Schaumkunststoffs frei, d.h. nicht mit der flüssigen Suspension gefüllt sind.
Der Schritt S20 des Entfernens überschüssiger Flüssigkeit wird durchgeführt, indem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 zwischen zwei Walzen hindurchgeführt werden. Der Zwischenraum zwischen den beiden Walzen wird so eingestellt, dass die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 stark zusammengedrückt werden.
Mit anderen Worten, das ringförmige Teil 73 und die Platte 71 werden wie bei einem Schwamm ausgewrungen.
Gegebenenfalls wird das Entfernen überschüssiger Flüssigkeit mittels der Walzen durch Schleudern in einer Zentrifuge ergänzt. Dies trägt zur Verbesserung der Homogenität bei.
Vorteilhafterweise werden beim Einsetzschritt S24 die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 in eine Form 75 eingelegt, wie in den 9 bis 12 dargestellt.
Bei der Form 75 handelt es sich um eine Kronenform mit einer in der radial inneren Fläche der Krone ausgesparten Nut 77.
Mit anderen Worten, die Form 75 hat eine radial innere Fläche 79 mit einer geschlossenen Kontur, wobei die Nut 77 in der radial inneren Fläche 79 ausgespart ist.
Das ringförmige Teil 73 wird auf den Grund der Nut 77 gesetzt. Es ist vollständig innerhalb der Nut 77 untergebracht.
Die Platte 71 wird so angeordnet, dass ihr Umfangsrand in die Nut 77 eingreift.
Somit sind die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 in der Form 75 angeordnet, wobei die Platte 71 in das ringförmige Teil 73 eingesetzt ist. Die Platte 71 wird durch die Form 75 innerhalb des ringförmigen Teils 73 festgehalten.
Damit die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 leichter in die Nut 77 eingesetzt werden können, ist die Form 75 in zwei Halbringe 81, 83 geteilt.
Jeder Halbring 81, 83 erstreckt sich über die Hälfte des Umfangs der Kronenform 75. Jeder Halbring 81, 83 begrenzt umfangsmäßig die Hälfte der Nut 77.
Die Halbringe 81, 83 sind durch mechanische Mittel jeder geeigneten Art starr und lösbar aneinander befestigt.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die in den 11 und 12 veranschaulicht ist, ist die Kronenform 75 in eine obere Krone 85 und eine untere Krone 87 unterteilt. Die obere und die untere Krone 85, 87 haben eine geschlossene Kontur. Sie werden übereinandergelegt. Sie werden über jeweilige Ringflächen 89, 91 gegeneinandergedrückt.
In den Ringflächen 89, 91 sind Nuten 93, 95 ausgespart. Diese Nuten haben eine geschlossene Kontur und sind zur Innenseite der oberen und der unteren Form 85, 87 hin radial offen. Die Nuten 93, 95 bilden zusammen die Nut 77.
Die untere und die obere Form 85, 87 sind durch mechanische Mittel jeder geeigneten Art lösbar aneinander befestigt.
Zwischen dem Einsetzschritt S22 und dem Befestigungsschritt S26 umfasst das Verfahren vorteilhafterweise einen Schritt S24, bei dem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 getrocknet werden.
In diesem Schritt wird auch das Bindemittel entfernt, das durch Erhitzen verdampft wird.
Der Trocknungsschritt S24 wird durch Erwärmen der Platte 71 und des ringförmigen Teils 73 auf Temperaturen zwischen 250°C und 800°C durchgeführt.
Vorteilhafterweise umfasst der Trocknungsschritt S24 einen ersten Teilschritt, bei dem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 etwa dreißig Minuten lang auf etwa 250°C gehalten werden.
An den ersten Teilschritt schließt sich ein zweiter Teilschritt an, in dem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 über einen Zeitraum von ungefähr 90 Minuten auf einer Temperatur zwischen 400 und 500°C gehalten werden. Die Temperatur, auf die die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 erhitzt werden, hängt von der Volumenkonzentration an Poren im ersten und im zweiten Schaumstoff ab.
Auf den zweiten Teilschritt folgt vorteilhafterweise ein dritter Teilschritt, bei dem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 über einen Zeitraum von ungefähr 90 Minuten je nach der Volumenkonzentration der Poren auf einer Temperatur zwischen 500 und 800°C gehalten werden.
Der Trocknungsschritt S24 wird durchgeführt, während die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 in der Form 75 gehalten werden.
Die Trocknung wird beispielsweise ausgeführt, indem die Form 75 auf ein Förderband gelegt wird und mit der Platte 71 und dem ringförmigen Teil 73 durch einen Ofen bewegt wird.
Der Befestigungsschritt S26 wird durchgeführt, indem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 in einen Hochtemperaturofen gelegt werden.
Die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 werden während des Befestigungsschritts S26 in der Form 75 gehalten. Der Ofen wird unter Vakuum oder in einer Wasserstoffatmosphäre gehalten.
Der Befestigungsschritt S26 umfasst einen ersten Teilschritt, bei dem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 etwa 60 Minuten lang bei 650°C gehalten werden.
Er umfasst dann einen zweiten Teilschritt, bei dem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 etwa 60 Minuten lang auf einer Temperatur von etwa 1200°C gehalten werden.
Er umfasst vorteilhafterweise einen dritten Teilschritt, bei dem die Platte 71 und das ringförmige Teil 73 ungefähr 60 Minuten lang auf einer Temperatur zwischen 1250°C und 1350°C gehalten werden.
Mit dem Befestigungsschritt kann die Platte 71 an der ringförmigen Platte 73 befestigt werden. Der Außenumfangsrand der Platte 71 wird starr am radial inneren Rand des ringförmigen Teils 73 angebracht.
Durch den Befestigungsschritt ist ein Sintern der Platte 71 und des ringförmigen Teils 73 möglich.
Während des Befestigungsschritts wird der Polyurethanschaum verdampft.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Vorhandensein der Form 75 besonders vorteilhaft ist, um die Befestigung der Platte 71 und des ringförmigen Teils 73 zu erzielen, da die Form 75 die jeweiligen Oberflächen der beiden Teile, die miteinander in Kontakt sind, in Position hält.
Am Ende des Befestigungsschritts wird die Form 75 entfernt.
Das Verfahren umfasst auch einen Schritt S28, bei dem die Schlitze 49.1 bis 49.8 geschnitten werden, vorteilhafterweise durch Laserschneiden.
An den Schritt S28 schließt sich Schritt S30 an, bei dem die Stromversorgungselemente 35, 37 starr am Umfangsrand 33 festgelegt werden. Die Endprüfung des Heizelements wird ebenfalls in Schritt S30 durchgeführt.
Die oben beschriebene Heizvorrichtung hat mehrere Vorteile.
Wie oben beschrieben, ist die elektrische Stromdichte an den Bogen gleichmäßiger. Die Gradienten der elektrischen Stromdichte an den Bogen sind geringer, und die Temperaturgradienten sind ebenfalls reduziert.
Da die erste und die zweite Stromversorgung auch an Abschnitte aus dem zweiten Material angeschlossen sind, das eine höhere relative Dichte aufweist, sind auch die Leistungsdichtegradienten an den Stromversorgungen verringert. Die Temperaturgradienten sind ebenfalls entsprechend geringer. Darüber hinaus ist das Volumen der Überhitzungsstellen an der ersten und der zweiten Stromversorgung deutlich reduziert.
Aufgrund der Tatsache, dass der Umfangsrand vollständig aus dem zweiten Material besteht, lässt sich das Heizelement leicht herstellen. Zur Herstellung des Umfangsrandes kann ein ringförmiges Teil wie etwa ein Rohrabschnitt verwendet werden.
In diesem Fall kann der zentrale Bereich des Heizelements leicht mit dem Umfangsrand verbunden werden, indem eine Platte aus dem ersten Material in das ringförmige Teil eingelegt und die Baugruppe in einem Hochtemperaturofen erhitzt wird.
Dies erleichtert ferner die Befestigung des ersten und des zweiten Stromversorgungselements am Umfangsrand 33, da diese Elemente an Abschnitten mit höherer relativer Dichte befestigt werden.
Aufgrund der Tatsache, dass der Umfangsrand vollständig aus dem zweiten Material mit höherer relativer Dichte besteht, ist auch der Abrieb verringert, dem die gegen die Außenfläche des Heizelements gedrückte Haltematte ausgesetzt ist.
Da sich das distale Ende jedes Schlitzes im Umfangsrand befindet, ist das gesamte Material, das dieses distale Ende umgibt, aus dem zweiten Material mit höherer relativer Dichte. Die Überhitzungsstellen an den Bogen sind im Wesentlichen um dieses distale Ende herum gelegen, so dass diese Anordnung der distalen Enden erheblich zur Reduzierung von Überhitzungsstellen an den Bogen beiträgt.
Die Erfindung kann mehrere Varianten aufweisen.
Bei einer nicht bevorzugten Variante besteht der Umfangsrand nicht vollständig aus dem zweiten Material. So bestehen beispielsweise nur die Bogen aus dem zweiten Material, nicht aber der erste und der letzte Schenkel.
Bei einer Variante bestehen die Bogen teilweise aus dem zweiten Material. Zum Beispiel besteht der Abschnitt der Bogen 53.1 bis 53.8, der das distale Ende 61.1 bis 61.8 jedes Schlitzes umgibt, aus dem zweiten Material, und der Abschnitt der Bogen 53.1 bis 53.8, der vom distalen Ende 61.1 bis 61.8 jedes Schlitzes entfernt liegt, besteht aus einem anderen Material.
Bei einer Variante besteht der zentrale Abschnitt 32 des Heizelements 20 aus einem nichtmetallischen Material, wie etwa einer Keramik. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Material um eine Siliziumkarbid-SiC-Keramik.
Bei einer Variante ist der zentrale Abschnitt 32 des Heizelements 20 kein Schaumstoff, sondern besteht aus einem Wabenmaterial.

Claims

Heizvorrichtung für ein Abgasreinigungselement, wobei die Heizvorrichtung (19) ein Heizelement (20) mit einem zentralen Bereich (32) und einem den zentralen Bereich (32) umgebenden Umfangsrand (33) umfasst, wobei das Heizelement (20) eine Reihe von Schlitzen (49.1 bis 49.8) aufweist, wobei die Schlitze (49.1 bis 49.8) einen S-förmigen Weg durch das Heizelement (20) definieren, wobei die Schlitze (49.1 bis 49.8) eine Reihe von Längszweigen (51.1 bis 51.9) in dem Heizelement (20) begrenzen, die durch Bogen (53.1 bis 53.8) miteinander verbunden und in Querrichtung gegeneinander versetzt sind, wobei der zentrale Bereich (32) aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material besteht, das für die Abgase durchlässig ist und eine erste relative Dichte aufweist, wobei sich die Bogen (53.1 bis 53.8) im Umfangsrand (33) befinden, wobei die Bogen (53.1 bis 53.8) aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material bestehen und eine zweite relative Dichte aufweisen, die größer als die erste relative Dichte ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein erstes und ein zweites Stromversorgungselement (35, 37) an einen ersten bzw. einen zweiten Abschnitt (55, 57) des Umfangsrandes (33) aus dem zweiten Material angeschlossen sind.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Umfangsrand (33) vollständig aus dem zweiten Material besteht.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Bogen (53.1 bis 53.8) vollständig aus dem zweiten Material bestehen.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Umfangsrand (33) in einen ersten Rand (45) und einen zweiten Rand (47) unterteilt ist, wobei jeder Schlitz (49.1 bis 49.8) am ersten Rand (45) oder am zweiten Rand (47) über ein proximales Ende (59.1 bis 59.8) mündet und ein geschlossenes distales Ende (61.1 bis 61.8) aufweist, das sich im Umfangsrand (33) befindet.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das erste Material ein Schaumstoff aus einem metallischen Material mit einer ersten Volumenkonzentration an Poren ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 6, bei der das zweite Material das metallische Material umfasst und eine zweite Volumenkonzentration an Poren aufweist, die geringer als die erste Volumenkonzentration an Poren ist.
Abgasreinigungsvorrichtung (1) mit: - einem Außengehäuse (15), - einem im Außengehäuse (15) angeordneten Abgasreinigungselement (17), - einer Heizvorrichtung (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (20) im Außengehäuse (15) angeordnet ist.
Abgasstrang (3) mit einer Reinigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8.
Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte umfasst: - Erhalten eines ringförmigen Teils, das aus dem zweiten Material besteht, - Erhalten einer Platte, die aus dem ersten Material besteht, - Einsetzen der Platte in das ringförmige Teil, - Verbinden der Platte und des ringförmigen Teils durch Erwärmen bei hoher Temperatur in einem Ofen.
Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte umfasst: - S10: Erhalten einer flüssigen Suspension, die ein Pulver aus dem metallischen Material und ein Bindemittel umfasst, - S12: Erhalten einer Platte (71) aus einem ersten Schaumkunststoff, - S14: Tränken der Platte (71) mit der flüssigen Suspension, - S16: Erhalten eines ringförmigen Teils (73) in einem zweiten Schaumkunststoff, - S18: Tränken des ringförmigen Teils (73) mit der flüssigen Suspension, - S22: Einsetzen der Platte (71) in das ringförmige Teil (73), - S26: Befestigen der Platte (71) und des ringförmigen Teils (73) durch Erwärmen bei hoher Temperatur in einem Ofen.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 11, bei dem die Platte (71) und das ringförmige Teil (73) während des Einsetzschrittes S22 in eine Form (75) eingelegt werden, wobei der Befestigungsschritt ausgeführt wird, während die Platte (71) und das ringförmige Teil (73) in die Form (75) eingelegt sind.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das Verfahren vor dem Befestigungsschritt S26 einen Schritt S24 umfasst, bei dem die Platte (71) und das ringförmige Teil (73) getrocknet werden.