DE102021122504A1

DE102021122504A1 - Elektrische Heizeinrichtung und Abgasanlage

Info

Publication number: DE102021122504A1
Application number: DE102021122504.3A
Authority: DE
Inventors: Catalin Faina
Original assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Current assignee: Faurecia Emissions Control Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-08-31
Filing date: 2021-08-31
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Es wird eine Elektrische Heizeinrichtung (10) zum Erwärmen eines Gasstroms angegeben, mit einem gasdurchlässigen Heizkörper (12), wobei an entgegengesetzten seitlichen Umfangsendbereichen des Heizkörpers (12) elektrische Anschlüsse (14, 16) vorhanden sind, und wobei der Heizkörper (12) aus mehreren, sich kontaktierenden, übereinanderliegenden Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) aus einem metallischen, perforierten Material mit Perforationsöffnungen (24) gebildet ist, wobei zumindest einige der Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) in Draufsicht betrachtet unterschiedliche Außenkonturen und/oder unterschiedlich große, ohne metallisches Material und Perforationsöffnungen (24) ausgebildete Ausschnitte (36) haben, derart, dass zwischen den elektrischen Anschlüssen (14, 16) unterschiedliche Strompfade (38, 40, 42, 44, 46, 48, 50) mit unterschiedlich großem Widerstand gebildet sind. Des Weiteren wird eine Abgasanlage (58) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Gasstroms, insbesondere in einer Abgasanlage, und eine Abgasanlage mit einer elektrischen Heizeinrichtung.
Elektrische Heizeinrichtungen in einer Abgasanlage dienen dazu, einen Gasstrom zu erwärmen, sodass eine katalytische Reaktion in einem Katalysator einer Abgasanlage zum Beispiel auch nach einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors möglichst optimal ablaufen kann und Schadstoffe möglichst vollständig aus dem Abgas eliminiert werden.
Die bekannten elektrischen Heizeinrichtungen umfassen üblicherweise einen Heizkörper aus einem geschäumten Material. Problematisch hierbei ist, dass Heizkörper aus geschäumtem Material aufgrund der Anisotropie des Schaums eine variierende Struktur haben, was zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Heizkörpers und somit auch zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Abgasstroms führt. Zudem ist eine Verteilung der vom Heizkörper abgegebenen Wärme bei einem Heizkörper aus einem geschäumten Material nicht reproduzierbar.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Heizeinrichtung sowie eine Abgasanlage mit einer elektrischen Heizeinrichtung bereitzustellen, die eine definierte Wärmeabgabe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Gasstroms, mit einem gasdurchlässigen Heizkörper, wobei an entgegengesetzten seitlichen Umfangsendbereichen des Heizkörpers elektrische Anschlüsse vorhanden sind, und wobei der Heizkörper aus mehreren, sich kontaktierenden, übereinanderliegenden Lagen aus einem metallischen, perforierten Material mit Perforationsöffnungen gebildet ist. Zumindest einige der Lagen haben in Draufsicht betrachtet unterschiedliche Außenkonturen und/oder unterschiedlich große, ohne metallisches Material und Perforationsöffnungen ausgebildete Ausschnitte, derart, dass zwischen den elektrischen Anschlüssen unterschiedliche Strompfade mit unterschiedlich großem Widerstand gebildet sind.
Die elektrische Heizeinrichtung hat den Vorteil, dass eine definierte und reproduzierbare Wärmeabgabe durch den Heizkörper erfolgt. Bei einer Verwendung in einer Abgasanlage ist eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Heizkörpers gewünscht. Die erfindungsgemäße Idee ermöglicht es jedoch grundsätzlich, den Heizkörper durch eine entsprechende Auslegung eines Widerstands der Strompfade bereichsweise gezielt unterschiedlich stark zu erwärmen.
Der Erfindung basiert auf der Idee, einen durch den Heizkörper fließenden elektrischen Strom gezielt derart aufzuteilen, dass sich der Heizkörper gleichmäßig aufheizt. Um dies zu erreichen, wird das Prinzip genutzt, dass der Widerstand mit zunehmenden Querschnitt kleiner und mit zunehmender Länge größer wird. Die Wärmeabgabe in einem Flächenabschnitt kann anhand der Formel q̇=I^2*R berechnet werden. Unterteilt man den Heizkörper in verschiedene gleich große Flächenabschnitte, soll die Wärmeabgabe in jedem einzeln betrachteten Flächenabschnitt möglichst gleich sein. Auf diese Weise lässt sich Abgas, das die Heizeinrichtung bzw. den Heizkörper durchströmt, gleichmäßig erwärmen.
Indem die sich kontaktierenden, übereinanderliegenden Lagen aus metallischen, perforierten Material in Draufsicht betrachtet unterschiedliche Außenkonturen und/oder unterschiedlich große Ausschnitte haben, lässt sich der Querschnitt des Heizkörpers in Fließrichtung des elektrischen Stroms betrachtet so auslegen, dass die Wärmeabgabe bei einer Bestromung des Heizkörpers für jeden Flächenabschnitt definiert ist.
Eine Ansicht in Draufsicht auf den Heizkörper entspricht einer Ansicht in Strömungsrichtung des Abgases, wenn die elektrische Heizeinrichtung in einer Abgasanlage montiert ist.
Die Ausschnitte sind insbesondere flächenmäßig deutlich größer als die Perforationen, beispielsweise mindestens 10mal so groß.
Die Lage der elektrischen Anschlüsse an entgegengesetzten seitlichen Umfangsendbereichen des Heizkörpers bezieht sich insbesondere auf einen ungefalteten Zustand des Heizkörpers.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Ausschnitte in den metallischen Lagen derart ausgebildet, dass nach dem Stapeln der Lagen der Widerstand pro Flächeneinheit entlang des Umfangs des Heizkörpers am geringsten ist. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass Heizkörper entlang seines Umfangs dicker ist als in seiner Mitte. Auf diese Weise wird die im Vergleich zu weiteren Strompfaden durch den Heizkörper größere Länge des Strompfades, der entlang des Umfangs des Heizkörpers verläuft, kompensiert. Der Widerstand eines Strompfades erhöht sich nämlich mit zunehmender Länge.
Zumindest eine Lage ist vorzugsweise frei von Ausschnitten und über die Gesamtfläche mit metallischem Material und Perforationsöffnungen versehen. Die Lage dient als Träger für die weiteren Lagen. Des Weiteren ist dadurch, dass zumindest eine Lage frei von Ausschnitten ist, gewährleistet, dass Abgas die Heizeinrichtung nicht durchströmen kann, ohne erwärmt zu werden.
Genauer gesagt ist eine Lage frei von Ausschnitten und die Kontur dieser Lage ist derart ausgebildet, dass die Lage in eingebautem Zustand der Heizeinrichtung in einer Abgasanlage einen Strömungsquerschnitt eines abgasführenden Rohrs abgesehen von den Perforationen vollständig ausfüllt.
Beispielsweise ist eine in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet erste oder letzte Lage frei von Ausschnitten und über die Gesamtfläche mit metallischem Material und Perforationsöffnungen versehen.
Gemäß einer Ausführungsform nimmt die Fläche der gestapelten Lagen in oder entgegen der Strömungsrichtung kontinuierlich ab, wobei jede Lage mit der darunterliegenden Lage vollständig überlappt. Anders ausgedrückt ist eine Lage immer kleiner als die darunterliegende Lage, wenn man sich die Perforationsöffnungen gefüllt vorstellt. Das heißt, jede Lage liegt vollständig auf der darunter liegenden Lage auf. Auf diese Weise ergibt sich ein stabiler Aufbau des Heizkörpers. Insbesondere wird vermieden, dass zwischen aneinander liegenden Lagen Spalte auftreten.
Die Lagen sind vorzugsweise aus Streckmetall gebildet. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung der Lagen. Streckmetall ist die Bezeichnung für ein Blech, das reihenweise mit kurzen aufeinanderfolgenden, durchgehenden und gegen die der Nachbarreihe versetzten Schnitten versehen und anschließend senkrecht zu den Schnitten auseinander gezogen (gestreckt) wurde. An den Schnittstellen entsteht beim Strecken je ein Loch.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Ränder der Perforationsöffnungen des Streckmetalls in Draufsicht auf die Heizeinrichtung gesehen, insbesondere in Strömungsrichtung des Abgases betrachtet, gekrümmt. Dies hat den Vorteil, dass ein Strompfad bei gleichen Außenabmessungen des Heizkörpers länger ist als bei Streckmetall mit rautenförmigen Perforationsöffnungen, was eine stärkere Erwärmung des Heizkörpers zur Folge hat.
Die gekrümmte Form wird erreicht, indem beim Herstellen des Streckmetalls eine bestimmte Eintauchgeschwindigkeit des Schneidwerkzeugs bei gleichzeitig definierter Streckung eingestellt wird.
Die übereinanderliegenden metallischen Lagen sind beispielsweise miteinander punktverschweißt. Punktschweißen hat den Vorteil, dass die Strompfade gezielt geschlossen werden können. Die Reproduzierbarkeit der Heizeinrichtung ist dadurch zusätzlich verbessert.
Die metallischen Lagen können aus Stahl gebildet sein. Beispielsweise sind die metallischen Lagen aus Stahl 1.4845. Stahl lässt sich gut strecken, sodass eine Herstellung der Lagen aus Streckmetall durch die Verwendung von Stahl begünstigt ist. Stahl 1.4845 hat den besonderen Vorteil, dass er wenig Kohlenstoff enthält und dadurch besonders weich ist, wodurch eine Verarbeitung noch einfacher ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Heizkörper gefaltet sein. Beispielsweise ist der Heizkörper einmal gefaltet, sodass die elektrischen Anschlüsse in Umfangsrichtung des Heizkörpers betrachtet auf einer Seite zu liegen kommen. Alternativ kann der Heizkörper doppelt gefaltet sein, insbesondere in Z-Form. Das Falten des Heizkörpers hat den Vorteil, dass ein Strompfad durch den Heizkörper bei gleichbleibender Grundfläche des Heizkörpers verlängert werden kann, wodurch eine höhere Wärmeentwicklung erfolgt. Das heißt, ein gefalteter Heizkörper wird vorzugsweise dann verwendet, wenn eine relativ hohe Heizleistung erforderlich ist.
Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch eine Abgasanlage mit einem abgasführenden Rohr, einem im abgasführenden Rohr angeordneten Katalysator, und mit einer elektrischen Heizeinrichtung, die wie vorhergehend ausgebildet ist und die stromaufwärts des Katalysators im abgasführenden Rohr angeordnet ist. Eine derartige Abgasanlage hat den Vorteil, dass Abgas, bevor es den Katalysator durchströmt, durch die Heizeinrichtung besonders gleichmäßig erwärmt wird.
Die Heizeinrichtung kann an dem Katalysator befestigt sein.
Vorzugsweise ist der Heizkörper geometrisch an die Innenkontur des abgasführenden Rohrs angepasst, derart, dass der Heizkörper einen Strömungsquerschnitt des abgasführenden Rohrs abgesehen von den Perforationen vollständig ausfüllt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 schematisch eine Heizeinrichtung,
- 2 schematisch die Heizeinrichtung aus 1, wobei ein Stromfluss durch die Heizeinrichtung veranschaulicht ist
- 3 schematisch die Heizeinrichtung aus 1, wobei eine Wärmeabgabe durch die Heizeinrichtung veranschaulicht ist,
- 4 eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung in einer Explosionsdarstellung,
- 5 die erfindungsgemäße Heizeinrichtung aus 4,
- 6 eine perforierte metallische Lage aus Streckmetall,
- 7 einen Heizkörper für eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung,
- 8 den Heizkörper aus 7,
- 9 eine metallische, perforierte Lage für eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform,
- 10 eine metallische, perforierte Lage für eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, und
- 11 eine erfindungsgemäße Abgasanlage mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung.

Anhand der 1 bis 3 wird das physikalische Grundprinzip der erfindungsgemäßen Idee beschrieben.
1 zeigt eine Heizeinrichtung 10 zum Erwärmen eines Gasstroms, insbesondere zum Erwärmen eines Gasstroms durch ein abgasführendes Rohr einer Abgasanlage.
Die Heizeinrichtung 10 umfasst einen gasdurchlässigen Heizkörper 12, der ein metallisches perforiertes Material umfasst.
An entgegengesetzten seitlichen Umfangsendbereichen des Heizkörpers 12 sind elektrische Anschlüsse 14, 16 vorhanden.
Wenn an den Heizkörper 12 mittels der elektrischen Anschlüsse 14, 16 eine elektrische Spannung angelegt wird, erwärmt sich der Heizkörper 12 und kann somit Wärme an durch den Heizkörper 12 strömendes Abgas abgeben.
Die im Heizkörper 12 erzeugte Wärme berechnet sich dabei nach der Formel q̇ = I^2*R, wobei I für die Stromstärke und R für den Widerstand des Heizkörpers 12 steht.
Ziel ist es, durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Heizkörper 12 eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Heizkörpers 12 zu erreichen, indem in jedem Flächenabschnitt die gleiche Wärmemenge erzeugt wird, wie es in 3 veranschaulicht ist.
Um dies zu erreichen, werden erfindungsgemäß die Widerstandsverhältnisse im Heizkörper derart ausgelegt, dass die Höhe des in einem definierten Abschnitt absorbierten Stroms festgelegt werden kann.
In den 1 bis 3 sind die Widerstände 18 für verschiedene Flächenabschnitte schematisch veranschaulicht, um das Funktionsprinzip zu verdeutlichen.
Zur einfacheren Erläuterung wird von einem vereinfachten Modell ausgegangen, bei dem der elektrische Strom lediglich durch die eingezeichneten Strompfade 20 und die schematisch veranschaulichten Widerstände 18 strömen kann.
Tatsächlich wird der elektrische Strom bei Anliegen einer Spannung entlang der Stege 22 fließen, die zwischen Perforationsöffnungen 24 vorhanden sind.
In 2 sind die Widerstände 18 mit R₁ bis R₂₂ bezeichnet.
Zudem ist ein Stromfluss des elektrischen Stroms durch die Strompfade 20 veranschaulicht, wobei die Stromstärke eines durch einen Strompfad 20 fließenden Stroms mit I₁ bis I₂₂ bezeichnet ist.
Um eine möglichst gleichmäßige Wärmeerzeugung zu erreichen, muss gelten, R₁=R₂₂, R₂=R₃=R₂₀=R₂₁, R₄=R₅=R₆=R₇=R₁₆=R₁₇=R₁₈=R₁₉, R₈=R₉=R₁₀=R₁₁=R₁₂= R₁₃=R₁₄=R₁₅.
Der Strom teilt sich dabei entsprechend dem Kirchhoffschen Gesetz auf. Das heißt: I₁=I₂+I₃=I₄+I₅+I₆+I₇= I₈+I₉+I₁₀+I₁₁+I₁₂+I₁₃+I₁₄+I₁₅= I₁₆+I₁₇+I₁₈+I₁₉= I₂₀+I₂₁=I₂₂.
Der Widerstand R ist umgekehrt proportional zu einem Querschnitt des Widerstands R und direkt proportional zu seiner Länge I. Je größer der Querschnitt eines Widerstands und je kleiner seine Länge ist, umso höher ist die Stromstärke I eines bei gleichbleibender elektrischer Spannung durch den Widerstand R fließenden elektrischen Stroms.
Berücksichtigt man diese Prinzipien, lässt sich eine elektrische Heizeinrichtung 10 erfindungsgemäß derart gestalten, dass eine gleichmäßige Wärmeabgabe erfolgt.
Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung 10 gemäß einer ersten Ausführungsform ist in den 4 und 5 dargestellt.
Die Heizeinrichtung 10 hat einen Heizkörper 12, der aus mehreren, sich kontaktierenden, übereinanderliegenden Lagen 26, 28, 30, 32, 34 aus einem metallischen, perforierten Material mit Perforationsöffnungen 24 gebildet ist.
Der Heizkörper 12 ist symmetrisch ausgebildet, wobei eine Symmetrieachse S₁ entlang einer Verbindungslinie zwischen den elektrischen Anschlüssen 14, 16 verläuft. Eine weitere Symmetrieachse S₂ verläuft senkrecht zu der ersten Symmetrieachse S₁ durch eine Mitte des Heizkörpers 12.
Wenn die Lagen 26, 28, 30, 32, 34 übereinander liegen, dann liegen vorzugsweise die Ränder der Perforationsöffnungen 24 genau übereinander. Dadurch wird vermieden, dass die Perforationsöffnungen 24 bei vielen übereinander liegenden Lagen 26, 28, 30, 32, 34 blockiert werden.
Die Lagen 26, 28, 30, 32, 34 haben vorzugsweise einen Perforationsgrad von über 90%. Durch kann ein Gas den Heizköper 12 leicht passieren.
Die metallischen Lagen 26, 28, 30, 32, 34 sind aus Streckmetall gebildet.
Die Ränder der Perforationsöffnungen 24 des Streckmetalls sind in Draufsicht auf die Heizeinrichtung 10 gesehen gekrümmt. Dies ist besonders gut in 6 zu sehen, die eine einzelne aus Streckmetall gebildete Lage in einer Draufsicht zeigt.
Beispielsweise sind die Lagen 26, 28, 30, 32, 34 aus Stahl gefertigt, insbesondere aus Stahl 1.4845.
Die Lagen 26, 28, 30, 32, 34 sind vorzugsweise miteinander punktverschweißt.
Die Lagen 26, 28, 30, 32, 34 haben in Draufsicht betrachtet unterschiedlich große, ohne metallisches Material und Perforationsöffnungen 24 ausgebildete Ausschnitte 36. Dadurch sind zwischen den elektrischen Anschlüssen 14, 16 unterschiedliche Strompfade 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 mit unterschiedlich großem Widerstand gebildet.
Eine Lage 26 ist frei von Ausschnitten 36 und über die Gesamtfläche mit metallischem Material und Perforationsöffnungen 24 versehen.
Die Lage 26, die frei von Ausschnitten 36 ist, dient als Träger für die weiteren Lagen und ist im Ausführungsbeispiel nur einseitig mit einer weiteren Lage in Kontakt.
Zudem sind an einer Lage 26 Laschen 52 vorhanden, welche zur einfachen elektrischen Kontaktierung dienen.
Die Fläche der gestapelten Lagen 26, 28, 30, 32, 34 nimmt kontinuierlich ab, insbesondere, wenn man sich die Perforationsöffnungen 24 gefüllt vorstellt, wobei jede Lage 28, 30, 32, 34 mit der darunterliegenden Lage 26, 28, 30, 32, vollständig überlappt.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den 4 und 5 ist die Außenkontur der Lagen 26, 28, 30, 32, 34 abgesehen von den Laschen 52 an der Lage 26 gleich. Die abnehmende Fläche wird hier durch die zunehmende Größe der Ausschnitte 36 erreicht.
Einige Lagen 28, 30, 32 haben streifenförmige Ausschnitte 36, insbesondere jeweils zwei oder drei streifenförmige Ausschnitte 36. Die Längsausdehnung der streifenförmigen Ausschnitte 36 verläuft dabei in Richtung einer Verbindungslinie zwischen den elektrischen Anschlüssen 14, 16.
Die streifenförmigen Ausschnitte 36 der unterschiedlichen Lagen 28, 30, 32 unterscheiden sich in ihrer Breite.
Eine abschließende Lage 34 ist ringförmig ausgebildet.
Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausschnitte 36 in den metallischen Lagen 26, 28, 30, 32, 34 derart ausgebildet, dass entlang des Umfangs des Heizkörpers 12 kein Ausschnitt 36 vorhanden ist. Dadurch wird entlang des Umfangs des Heizkörpers 12 durch die übereinanderliegenden Lagen 26, 28, 30, 32, 34 eine besonders große Materialstärke erreicht.
Nach dem Stapeln der Lagen 26, 28, 30, 32, 34 ist der Widerstand pro Flächeneinheit entlang des Umfangs des Heizkörpers 12 am geringsten.
Dies ist insbesondere in 5 veranschaulicht, in der ein Stromfluss durch den Heizkörper 12 anhand von Pfeilen dargestellt ist. Die Höhe der Stromstärke spiegelt sich dabei in der Dicke der Pfeile wieder, das heißt, je größer die Stromstärke in einem Strompfad 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 ist, umso dicker ist der Pfeil dargestellt.
Trotz der unterschiedlich hohen Stromstärke in den verschiedenen Strompfaden 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 erfolgt eine gleichmäßige Erwärmung des Heizkörpers 12, und zwar aufgrund der unterschiedlich großen Widerstände in den Strompfaden 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50.
Zur Mitte des Heizkörpers 12 hin nimmt der Widerstand pro Flächeneinheit zu, da die Materialstärke aufgrund der Ausschnitte 36 in den Lagen abnimmt.
Je größer der Widerstand in einem Strompfad 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 ist, umso langsamer fließt der elektrische Strom durch einen Strompfad 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50.
Für dieselbe Spannung gilt, laut Ohmschem Gesetz, je größer der Widerstand in einem Strompfad 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 ist, umso kleiner ist die Stromstärke durch einen Strompfad 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50.
Laut erstem Joulen Gesetz ist die Wärmeabgabe I^2*R entlang eines Strompfads das Produkt von Stromstärke I² und Widerstand R. Ein hoher Widerstand wird konstruktiv ausgelegt (basierend auf Länge und Querschnitt des Strompfads $R = ρ \frac{l}{A}$
). In einem Strompfad ergibt sich die Stromstärke I durch die Kirchhoffsche Verteilung der Ströme, sodass ein geringer Wert von I entsteht. Dieser Wert der Stromstärke wird die gleiche Wärmeabgabe I^2*R hervorrufen wie die Wärmeabgabe, die von einem geringeren Widerstand mit höherer Stromstärke eines anderen Strompfads verursacht wird.
Die 7 und 8 zeigen einen Heizkörper 12 für eine Heizeinrichtung 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Der Heizkörper 12 gemäß den 7 und 8 unterscheidet sich von dem in den 4 und 5 veranschaulichten Heizkörper 12 dadurch, dass die Lagen 26, 28, 30, 32, 34 nicht nur Ausschnitte 36, sondern in Draufsicht betrachtet auch unterschiedliche Außenkonturen haben.
Die Konturen der Lagen 26, 28, 30, 32, 34 sind derart ausgebildet, dass die Fläche der gestapelten Lagen 26, 28, 30, 32, 34 in oder entgegen der Strömungsrichtung kontinuierlich abnimmt, wobei jede Lage 28, 30, 32, 34 mit der darunterliegenden Lage 26, 28, 30, 32 vollständig überlappt.
Die Ausschnitte 36 und Konturen der Lagen 26, 28, 30, 32, 34 sind derart ausgebildet, dass sich die Strompfade astartig aufzweigen. Insbesondere zweigt sich ein Strompfad nach einem elektrischen Eingang in zwei Strompfade auf, die sich jeweils wieder in zwei Strompfade aufzweigen. Dies setzt sich bis zu einer Mitte des Heizkörpers 12 zwischen den elektrischen Anschlüssen 14, 16 fort.
Ausgehend von der Mitte des Heizkörpers 12 zu einem elektrischen Ausgang hin münden die Strompfade wieder ineinander.
Im Ausführungsbeispiel gemäß den 7 und 8 ist ein Widerstand pro Flächeneinheit entlang einer Mittellinie bzw. entlang der Symmetrieachse S₂ am geringsten.
In Richtung zu den elektrischen Anschlüssen 14, 16 hin nimmt der Widerstand pro Flächeneinheit zu.
Auf diese Weise kann ebenfalls eine besonders gleichmäßige Erwärmung des Heizkörpers erreicht werden.
Die 9 und 10 zeigen jeweils eine Lage 54, 56 aus metallischen, perforierten Material für einen Heizkörper 12 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die in 9 dargestellte Lage 54 hat in Draufsicht betrachtet die Form von zwei zusammenhängenden Kreisen.
Die Lage 54 lässt sich in der Mitte falten, so dass die beiden kreisförmigen Abschnitte übereinander liegen, ohne sich zu berühren. Auf diese Weise kann eine Heizleistung der Heizeinrichtung 10 erhöht werden.
Die Lage 54 kann mit weiteren Lagen verbunden sein, wie in den 4 und 5 bzw. 7 und 8 dargestellt. Die weiteren Lagen wurden in 9 lediglich der Einfachheit halber weggelassen.
Die in 10 gezeigte Lage 56 hat Draufsicht betrachtet die Form von drei zusammenhängenden Kreisen. Die Kreise sind in einer Reihe angeordnet.
Ein Heizkörper 12, der eine wie in 10 dargestellte Lage 56 hat, lässt sich Zick-Zack förmig falten.
Mit einem doppelt gefalteten Heizkörper 12 kann eine noch bessere Heizleistung der Heizeinrichtung erreicht werden.
11 veranschaulicht schematisch eine Abgasanlage 58 mit einem abgasführenden Rohr 60 und einem im abgasführenden Rohr 60 angeordneten Katalysator 62.
Die Abgasanlage umfasst des Weiteren eine elektrische Heizeinrichtung 10, insbesondere eine wie vorhergehend beschriebene Heizeinrichtung 10.
Die Heizeinrichtung 10 ist stromaufwärts des Katalysators 62 im abgasführenden Rohr 60 angeordnet.
Wenn Abgas durch das abgasführende Rohr 60 strömt, wird es durch die Heizeinrichtung 10 erwärmt, bevor es den Katalysator 62 durchströmt.
Der Heizkörper 12 der Heizeinrichtung 10 ist geometrisch an die Innenkontur des abgasführenden Rohrs 60 angepasst.
Die Heizeinrichtung 10 kann an dem Katalysator 62 befestigt sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Heizeinrichtung 10 vom Katalysator 62 beabstandet ist.

Claims

Elektrische Heizeinrichtung (10) zum Erwärmen eines Gasstroms, mit einem gasdurchlässigen Heizkörper (12), wobei an entgegengesetzten seitlichen Umfangsendbereichen des Heizkörpers (12) elektrische Anschlüsse (14, 16) vorhanden sind, und wobei der Heizkörper (12) aus mehreren, sich kontaktierenden, übereinanderliegenden Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) aus einem metallischen, perforierten Material mit Perforationsöffnungen (24) gebildet ist, wobei zumindest einige der Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) in Draufsicht betrachtet unterschiedliche Außenkonturen und/oder unterschiedlich große, ohne metallisches Material und Perforationsöffnungen (24) ausgebildete Ausschnitte (36) haben, derart, dass zwischen den elektrischen Anschlüssen (14, 16) unterschiedliche Strompfade (38, 40, 42, 44, 46, 48, 50) mit unterschiedlich großem Widerstand gebildet sind.
Elektrische Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschnitte (36) in den metallischen Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) derart ausgebildet sind, dass nach dem Stapeln der Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) der Widerstand pro Flächeneinheit entlang des Umfangs des Heizkörpers (12) am geringsten ist.
Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lage, insbesondere die in Strömungsrichtung unterste Lage, frei von Ausschnitten (36) ist und über die Gesamtfläche mit metallischem Material und Perforationsöffnungen (24) versehen ist.
Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der gestapelten Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) kontinuierlich in oder entgegen der Strömungsrichtung zunimmt, wobei jede Lage (28, 30, 32, 34) mit der darunterliegenden Lage (26, 54, 56) vollständig überlappt.
Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) aus Streckmetall gebildet sind.
Elektrische Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Perforationsöffnungen (24) des Streckmetalls in Draufsicht auf die Heizeinrichtung (10) gesehen gekrümmt sind.
Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die übereinanderliegenden metallischen Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) miteinander punktverschweißt sind.
Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Lagen (26, 28, 30, 32, 34, 54, 56) aus Stahl gebildet sind.
Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (12) gefaltet ist.
Abgasanlage (58) mit einem abgasführenden Rohr (60), einem im abgasführenden Rohr (60) angeordneten Katalysator (62), und mit einer elektrischen Heizeinrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die stromaufwärts des Katalysators (62) im abgasführenden Rohr (60) angeordnet ist.