DE102021205198A1

DE102021205198A1 - Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstroms

Info

Publication number: DE102021205198A1
Application number: DE102021205198.7A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brück; Jan Hodgson; Peter Hirth
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2022-11-24
Also published as: EP4370787A1; WO2022243381A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstroms einer Abgasquelle, mit einem entlang einer Hauptströmungsrichtung durchströmbaren Wabenkörper (1, 12, 40), welcher aus mehreren metallischen Folien durch Aufeinanderstapeln und Aufwickeln erzeugt ist, wobei der Wabenkörper (1, 12, 40) zumindest einen elektrischen Leitungspfad aufweist, welcher mittels zumindest einer elektrischen Kontaktierung elektrisch kontaktierbar ist, wobei die Vorrichtung zumindest ein erstes Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) aufweist, welches dem Wabenkörper (1, 12, 40) entlang der Hauptdurchströmungsrichtung vorgelagert oder nachgelagert ist, wobei der Wabenkörper (1, 12, 40) mit dem ersten Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) mittels einer Mehrzahl von Stützstiften (3, 10, 30, 43, 50) verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstroms einer Abgasquelle, mit einem entlang einer Hauptströmungsrichtung durchströmbaren Wabenkörper, welcher aus mehreren metallischen Folien durch Aufeinanderstapeln und Aufwickeln erzeugt ist, wobei der Wabenkörper zumindest einen elektrischen Leitungspfad aufweist, welcher mittels zumindest einer elektrischen Kontaktierung elektrisch kontaktierbar ist.
Stand der Technik
Zur Abgasnachbehandlung werden unterschiedliche Katalysatoren eingesetzt. Je nach Anwendungszweck sind diese beispielsweise durch keramische Substrate gebildet, die mit unterschiedlichen Beschichtungen beschichtet sind, die mit einzelnen Bestandteilen des Abgases chemisch reagieren und daraus unschädlichere Stoffe erzeugen. Alternativ sind metallische Wabenkörper bekannt.
Allen Katalysatoren ist gemein, dass sie für eine optimale Wirkung eine gewisse Mindesttemperatur erreichen müssen, damit die chemischen Reaktionen ablaufen können. Insbesondere im Hinblick auf die strenger werdenden Abgasgrenzwerte müssen diese Mindesttemperaturen immer früher erreicht werden, so dass zusätzlich zur Wärmeenergie des Abgases aktive Heizmaßnahmen vorgesehen werden müssen. Dies ist insbesondere auch im Hinblick auf Hybridfahrzeuge relevant, da diese zunehmend zumindest phasenweise rein elektrisch betrieben werden und so Kaltstartvorgänge des Verbrennungsmotors, bei welchen unter Umständen auch die Komponenten in der Abgasstrecke unter ihre Betriebstemperatur abgekühlt sind, häufiger auftreten.
Bekannt aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Verwendung von elektrisch beheizbaren Katalysatoren, die unter Ausnutzung des elektrischen Widerstands Wärme erzeugen und damit das katalytische Substrat und die katalytisch aktive Beschichtung direkt aufheizen. Hierzu werden elektrische Leiter mit einem Strom beaufschlagt, wodurch der elektrische Leiter erwärmt wird.
Die elektrisch beheizbaren Wabenkörper müssen dabei einerseits ortsfest in der Abgasstrecke positioniert werden und andererseits elektrisch gegenüber anderen elektrisch leitenden Komponenten isoliert werden.
Im Stand der Technik ist bekannt, dass elektrisch beheizbare Wabenkörper mittels Stützstiften an einem anderen in der Abgasstrecke angeordneten Katalysators befestigt sind. Die Stützstifte sind dabei derart gestaltet, dass eine mechanische Verbindung zwischen dem elektrisch beheizbaren Wabenkörper und dem sogenannten Stützkatalysator erzeugt wird, gleichzeitig jedoch eine elektrische Isolation zum Stützkatalysator sichergestellt ist. Der Stützkatalysator als sogenannten Tragstruktur ist in den bisher bekannten Anwendungen zwingend erforderlich.
Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist somit die Notwendigkeit eines zusätzlichen Stützkatalysators zur Positionierung des durch den elektrisch beheizbaren Wabenkörper gebildeten Heizkatalysators.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Aufheizung eines Abgasstromes zu schaffen, welche unabhängig von einem zusätzlichen Stützkatalysator in der Abgasstrecke eines Verbrennungsmotors angeordnet werden kann und so möglichst einfach in bestehende Abgassysteme zu integrieren ist.
Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung zur Aufheizung eines Abgasstromes mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstroms einer Abgasquelle, mit einem entlang einer Hauptströmungsrichtung durchströmbaren Wabenkörper, welcher aus mehreren metallischen Folien durch Aufeinanderstapeln und Aufwickeln erzeugt ist, wobei der Wabenkörper zumindest einen elektrischen Leitungspfad aufweist, welcher mittels zumindest einer elektrischen Kontaktierung elektrisch kontaktierbar ist, wobei die Vorrichtung zumindest ein erstes Rahmenelement aufweist, welches dem Wabenkörper entlang der Hauptdurchströmungsrichtung vorgelagert oder nachgelagert ist, wobei der Wabenkörper mit dem ersten Rahmenelement mittels einer Mehrzahl von Stützstiften verbunden ist, wobei der Wabenkörper innerhalb eines ringförmigen Gehäuses angeordnet ist.
Wabenkörper zur Abgasnachbehandlung sind im Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Insbesondere metallische Wabenkörper sind hierbei regelmäßig aus einem Lagenstapel erzeugt, welcher aus glatten beziehungsweise mikrostrukturierten Metallfolien und gewellten Metallfolien gebildet ist. Zwischen den einzelnen Metallfolien bilden sich Strömungskanäle aus, welche von einer Einströmseite zu einer Ausströmseite durchströmbar sind. Die Einströmseite und die Ausströmseite sind hierbei durch die Stirnflächen des Wabenkörpers gebildet. Durch die Strömungskanäle beziehungsweise deren Ausrichtung ist die Hauptdurchströmungsrichtung des Wabenkörpers definiert.
Der Lagenstapel wird durch das abwechselnde Aufeinanderstapeln der Metallfolien erzeugt. Der Lagenstapel wird in der Folge um einen oder mehrere sogenannte Wickeldorne aufgewickelt, wodurch ein Wabenkörper entsteht, der eine scheibenförmige Gestalt aufweist.
Im Falle einer elektrischen Beheizung des Wabenkörpers ist der Wabenkörper derart gestaltet, dass Strom von einem Endbereich des Wabenkörpers hin zu einem andren Endbereich, welcher bevorzugt dem ersten Endbereich gegenüber liegt, fließen kann. Dies erfolgt entlang eines Leitungspfads. Bevorzugt verläuft dieser von einer elektrischen Kontaktierung an einem Ende des Lagenstapels durch den Lagenstapel hindurch zu dem anderen Ende des Lagenstapels. Im aufgewickelten Zustand des Wabenkörpers verläuft der Leitungspfad regelmäßig in Umfangsrichtung des Wabenkörpers in Form einer Spirale, wobei die einzelnen Abschnitte des Lagenstapels durch einen spiralförmigen Luftspalt zueinander beabstandet werden.
In Ausführungen, die im Stand der Technik bekannt sind, ist der elektrisch beheizbare Wabenkörper mittels Stützelementen an einem weiteren Wabenkörper, etwa einem Katalysator zur Abgasnachbehandlung, befestigt. Der elektrisch beheizbare Wabenkörper kann somit nicht allein ohne den Einsatz eines weiteren als Stützkatalysator dienenden Wabenkörper verwendet werden. Um diesem Problem zu begegnen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest ein erstes Rahmenelement auf, welches dem Wabenkörper entlang der Hauptdurchströmungsrichtung vorgelagert oder nachgelagert ist. Der Wabenkörper ist mittels Stützstiften, die den Wabenkörper von dem Rahmen elektrisch isolieren an dem Rahmenelement befestigt.
Das Rahmenelement ist entlang der Hauptdurchströmungsrichtung zu dem Wabenkörper beabstandet und steht an keiner Stelle in einem elektrisch leitfähigen Kontakt mit dem Wabenkörper. Das Rahmenelement dient der Anbindung des Wabenkörpers an einen Gehäuseabschnitt einer Abgasleitung. Im einfachsten Fall ist die Abgasleitung durch ein kreisrundes Rohr gebildet. Das Rahmenelement kann mit der Innenfläche der Abgasleitung in Kontakt gebracht und verbunden werden, um so den Wabenkörper in der Abgasleitung zu fixieren.
Die Abgasleitung kann auch von einem kreisrunden Querschnitt abweichende Querschnitte aufweisen. Das Rahmenelement ist dann bevorzugt an den jeweiligen Innenquerschnitt der Abgasleitung angepasst. Der Wabenkörper kann derweil trotzdem einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Je nach Ausgestaltung kann der Wabenkörper über eine zweite elektrische Kontaktierung mit dem jeweils anderen Pol einer Spannungsquelle verbunden sein oder auch einfach elektrisch leitend mit dem Gehäuse der Abgasleitung verbunden sein, sofern diese als zweiter Pol fungiert. Insbesondere bei hohen Spannungen ist dies aber zu vermeiden, um gefährliche Rückwirkungen, wie beispielsweise Stromschläge, zu vermeiden und keine Personen oder Tiere zu gefährden.
Das Rahmenelement ist dabei bevorzugt derart gestaltet, dass es eine ausreichende Festigkeit aufweist, um den Wabenkörper dauerhaltbar in der Abgasleitung zu positionieren und weiterhin derart, dass die Beeinträchtigung der Durchströmung des Wabenkörpers möglichst minimal ausfällt und der durch das Rahmenelement entstehende Gegendruck möglichst gering ausfällt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn dem Wabenkörper ein erstes Rahmenelement entlang der Hauptdurchströmungsrichtung vorgelagert ist und ein zweites Rahmenelement entlang der Hauptdurchströmungsrichtung nachgelagert ist, wobei das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement mit dem Wabenkörper mittels einer Mehrzahl von Stützstiften verbunden ist.
Durch das Anordnen von zwei Rahmenelementen kann eine verbesserte Positionierung des Wabenkörpers erreicht werden. Durch die Verdopplung der Rahmenelemente kann auch die Anzahl der Abstützpunkte des Wabenkörpers gegenüber den Rahmenelementen erhöht werden. Außerdem ist es auf diese Weise möglich den Wabenkörper über die Rahmenelemente doppelt an dem Gehäuse der Abgasleitung anzubinden.
Jedes der Rahmenelemente ist mit dem Wabenkörper über jeweils mehrere Stützstifte verbunden, wobei die Stützstifte einerseits eine mechanisch dauerhaltbare Verbindung erzeugen und gleichzeitig eine elektrische Isolation des Wabenkörpers gegenüber den Rahmenelementen erzeugen.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement einen größeren Durchmesser aufweisen als der Wabenkörper. Der größere Durchmesser der Rahmenelemente im Vergleich zum Wabenkörper ist insbesondere sinnvoll, um einen direkten physischen Kontakt des Wabenkörpers mit dem Gehäuse der Abgasleitung zu verhindern. Dadurch, dass die Rahmenelemente die einzigen Bauteile sind, die für die Verbindung des Wabenkörpers mit dem Gehäuse der Abgasleitung maßgeblich sind, können die Rahmenelemente auf einfache und kostengünstige Weise an den jeweiligen Querschnitt unterschiedlicher Abgasleitungen und Gehäuse angepasst werden, während der Wabenkörper unverändert bleiben kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper gegenüber dem ersten Rahmenelement und/oder dem zweiten Rahmenelement mittels der Stützstifte elektrisch isoliert ist. Stützstifte dienen einerseits der mechanischen Befestigung des Wabenkörpers gegenüber einer fixierten Struktur, in diesem Fall den Rahmenelementen, und andererseits der elektrischen Isolation des Wabenkörpers. Stützstifte sind in vielfältiger Weise im Stand der Technik bekannt und haben regelmäßig einen Metallkern, welcher abschnittsweise oder vollständig mit einer elektrisch isolierenden Keramik umgeben ist. Zur besseren Anbindung an den Wabenkörper und/oder das Rahmenelement können auf die isolierende Keramik metallische Beschichtungen aufgebracht sein oder Metallhülsen gesteckt sein. Die Stützstifte können mit dem Wabenkörper und/oder dem Heizleiter stoffschlüssig verbunden werden, beispielsweise durch ein Lötverfahren, wie insbesondere das Hochtemperatur Löten. Alternativ kann beispielsweise und besonders für die Verbindung der Stützstifte mit den Rahmenelementen Stumpflöten als Verbindungsverfahren eingesetzt werden oder eine Verschweißung der Stützstifte mit den Rahmenelementen erfolgen.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn das erste Rahmenelement und das zweite Rahmenelement nicht identisch sind und voneinander abweichende konstruktive Eigenschaften aufweisen.
Das vorgelagerte und das nachgelagerte Rahmenelement können jeweils einen unterschiedlichen Aufbau aufweisen. Insbesondere können die Rahmenelemente unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Denkbar ist beispielsweise die Auslegung eines der Rahmenelemente daraufhin, dass eine möglichst hohe Unempfindlichkeit gegen sogenannte Thermoschock-Ereignisse gewährleistet ist. Thermoschock-Ereignisse sind beispielsweise das schlagartige Aufwärmen nach einem Kaltstart, oder das Abkühlen nach dem Betrieb in einer sehr kalten Umgebung. Auch die Aktivierung beziehungsweise Deaktivierung der Heizfunktion können solche Ereignisse sein. Um starke Temperaturschwankungen gut aushalten zu können, können besondere Materialien gewählt werden, oder zumindest abschnittsweise unterschiedliche Festigkeiten des Rahmenelementes erzeugt werden, beispielsweise durch unterschiedliche Materialstärken, Verbindungsarten, oder unterschiedliche Materialien.
Eine alternative Optimierung kann auf eine optimale Schwingungsisolation gerichtet sein, um beispielsweise starke Erschütterungen von dem Wabenkörper fernzuhalten. Hierzu kann das Rahmenelement Bereiche höherer Flexibilität und Bereiche niederer Flexibilität aufweisen, um insbesondere Erschütterungen von den Bereichen des Rahmenelementes fernzuhalten, welche die Stützstifte aufnehmen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn zumindest eines der Rahmenelemente aus einer Mehrzahl von Blechlagen erstellt ist, welche zumindest teileweise miteinander verschweißt sind.
Besonders bevorzugt ist das Rahmenelement nach Art einer Blattfeder aufgebaut, so dass mehrere Materiallagen nur abschnittsweise miteinander verbunden sind, so dass eine Relativbewegung der einzelnen Lagen zueinander möglich ist. Hierdurch erhält das Rahmenelement eine gewisse Flexibilität, welche insbesondere im Hinblick auf die Dauerhaltbarkeit vorteilhaft ist. Das Rahmenelement bildet so eine Art Schwingungsdämpfer aus, wodurch der Krafteintrag auf den beheizten Wabenkörper reduziert werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn eines der Rahmenelemente zumindest zwei Bereiche unterschiedlicher Materialeigenschaften aufweist. Die Rahmenelemente können so ausgebildet sein, dass sie über ihren Querschnitt hinweg unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Denkbar ist eine besonders steife Ausführung an den Anbindungsstellen zur Abgasleitung und an den Aufnahmestellen der Stützstifte und eine eher weiche Ausführung in den Bereichen dazwischen. Dies führt zu einer gewissen Entkopplung des Wabenkörpers von den Schwingungen der Abgasleitung. Auch andere Materialeigenschaften wie insbesondere die Festigkeit, die Wärmeleitfähigkeit, die Flexibilität können abschnittsweise unterschiedlich ausgeprägt sein.
Auch ist es zweckmäßig, wenn eines der Rahmenelemente einen ringförmigen Abschnitt an seinem radial außenliegenden Endbereich aufweist, wobei von diesem ringförmigen Abschnitt einzelne Speichen zu einem zentralen Abschnitt verlaufen.
Eine Mehrzahl der im Kraftfahrzeugbau verwendeten Rohrleitungen für die Abgasführung haben einen kreisrunden Querschnitt. Über den ringförmigen Abschnitt lässt sich das Rahmenelement besonders einfach mit der Rohrleitung verbinden. Abweichende Formgebungen, beispielsweise ovale Querschnitte, sind ebenfalls vorsehbar. Der ringförmige Abschnitt bildet somit den Ankerpunkt für das Rahmenelement an der Rohrleitung beziehungsweise einem Gehäuse.
Da der Wabenkörper sich über einen Großteil des Strömungsquerschnitts der Rohrleitung erstreckt und der Wabenkörper an mehreren Stellen gegenüber dem Rahmenelement abgestützt werden muss, sind Speichen, welche von dem ringförmigen Abschnitt abragen besonders voreilhaft, um auch im Zentrum des Wabenkörpers eine Möglichkeit zu schaffen den Wabenkörper mittels Stützstiften gegenüber dem Rahmenelement abzustützen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Rahmenelement insbesondre im Bereich des Zentrums des Wabenkörpers ein weiteres ringförmiges Element auf, welches zur Aufnahme von Stützstiften dient.
Besonders bevorzugt folgen die Speichen und/oder die ringförmigen Abschnitte dem Verlauf des Lagenstapels des Wabenkörpers, so dass möglichst wenig Strömungsquerschnitt von dem Rahmenelement überdeckt wird und gleichzeitig eine geradlinige Anbindung des Wabenkörpers an das Rahmenelement mittels der Stützstifte ermöglicht ist.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Rahmenelemente entlang der Hauptdurchströmungsrichtung zumindest abschnittsweise in einer Flucht miteinander liegen.
Bevorzugt liegen die Rahmenelemente vollständig miteinander in einer Flucht, so dass der durch die Rahmenelemente erzeugte Strömungswiderstand möglichst gering ist. Denkbar ist auch eine strömungsleitende Eigenschaft der Rahmenelemente, etwa um gezielt einzelne Bereiche des Wabenkörpers mit Abgas zu beaufschlagen.
Die Stützstifte können derart ausgebildet sein, dass sie sich vom Wabenkörper einseitig hin zu einem der Rahmenelemente erstrecken und mit diesem verbunden sind. Das in Hauptdurchströmungsrichtung vorgelagerte Strömungselement ist somit über andere Stützstifte mit dem Wabenkörper verbunden als das in Hauptdurchströmungsrichtung nachgelagerte Rahmenelement. Auf diese Weise kann eine unterschiedliche Anzahl von Anbindungspunkten an den beiden Rahmenelemente erzeugt werden. Darüber hinaus können für die beiden Rahmenelemente unterschiedliche Stützstifte verwendet werden, etwa mit einer abweichenden Isolationswirkung, einer abweichenden Materialwahl oder einer abweichenden Länge oder Dicke.
Alternativ können die Stützstifte derart ausgebildet sein, dass die Stützstifte vom ersten Rahmenelement durch den Wabenkörper hindurch zum zweiten Rahmenelement verlaufen. Die Stützstifte durchdringen den Wabenkörper dabei jeweils entlang eines vom Wabenkörper ausgebildeten Strömungskanals. Die Stützstifte können beidseitig mit jeweils einem der Rahmenelemente verbunden sein, oder jeweils nur mit einem der Rahmenelemente verbunden sein. Ebenso ist es vorsehbar, dass ein Teil der Stützstifte mit beiden Rahmenelementen verbunden ist und ein Teil der Stützstifte nur mit einem Rahmenelement verbunden ist.
Je nach Anwendungszweck kann es bevorzugt sein, dass die Anzahl der Stützstifte im Wickelzentrum des Wabenkörpers höher ist als in dem radial äußeren Bereich des Wabenkörpers. Dies liegt darin begründet, dass ein Großteil der Masse des Wabenkörpers im Wickelzentrum liegt. Grundsätzlich kann die Anzahl der Stützstifte an den Stellen erhöht werden, an denen eine besonders hohe Stabilität benötigt wird.
Die Verbindung der Stützstifte mit dem Wabenkörper und/oder den Rahmenelemente erfolgt bevorzugt stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen oder Löten, wie insbesondere Hochtemperaturlöten.
Auch ist es zweckmäßig, wenn der Wabenkörper und/oder die Rahmenelemente innerhalb eines ringförmigen Gehäuses angeordnet sind. Das ringförmige Gehäuse erstreckt sich dabei zumindest von dem ersten Rahmenelement in axialer Richtung bis über den Wabenkörper hinaus. Sofern ein zweites Rahmenelement vorgesehen ist, ist dieses ebenfalls innerhalb des ringförmigen Gehäuses angeordnet.
Ein weiters Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit zumindest einer vorbeschriebenen Vorrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein rohrförmiges Gehäuse aufweist, wobei die Vorrichtung in das Gehäuse eingesetzt ist, wobei das erste Rahmenelement und/oder das zweite Rahmenelement mit dem Gehäuse stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind.
Das rohrförmige Gehäuse bildet die Aufnahme für die erfindungsgemäße Vorrichtung. Das rohrförmige Gehäuse weist dabei bevorzugt nur eine kurze axiale Erstreckung von einigen Zentimetern auf. Besonders bevorzugt beträgt die axiale Erstreckung ungefähr 2 Zentimeter. Benötigte elektrische Durchführungen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, können durch das rohrförmige Gehäuse geführt werden und der Wabenkörper so kontaktiert werden. Durch das Verbinden mit einem rohrförmigen Gehäuse wird die Vorrichtung modular und kann besonders einfach in bestehende Abgasleitungen integriert werden.
Die Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine kann mittels eines Verbindungelementes, wie beispielsweise Rohrschellen, mit dem rohrförmigen Gehäuse verbunden werden. Auch ist eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem rohrförmigen Gehäuse und anderen Abschnitten einer Abgasleitung möglich. Insbesondere können die Querschnitte des rohrförmigen Gehäuses und der Abgasleitung derart voneinander abweichen, dass die Komponenten teilweise ineinander einsteckbar sind. Zusätzlich können die Komponenten miteinander verschweißt werden, wobei insbesondere die Rahmenelemente mit dem rohrförmigen Gehäuse verschweißt werden.
Das rohrförmige Gehäuse kann an der Innenwandung einen Absatz aufweisen, welcher als Anschlag für eines der Rahmenelemente dient. Der Absatz kann beispielweise durch eine von außen eingeformte Sicke ausgebildet sein.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der Wabenkörper mittels zumindest einer elektrischen Durchführung, welche durch das Gehäuse geführt ist, elektrisch kontaktierbar ist. Bei Verwendung von nur einer elektrischen Durchführung bildet in der Regel das Gehäuse den zweiten Pol, so dass der Wabenkörper an einem seiner Enden, bevorzugt dem der Innenwandung des Gehäuses benachbarten Ende, mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden ist. In einer alternativen Ausgestaltung ist der Wabenkörper endseitig jeweils mittels einer elektrischen Durchführung kontaktiert, so dass ein Stromfluss entlang des Leitungspfades gewährleistet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Ansicht auf einen Wabenkörper mit einem vorgelagerten Rahmenelement und zwei elektrischen Durchführungen,
2 eine Detailansicht, wobei zwei Rahmenelemente mit einem dazwischen angeordneten Wabenkörper gezeigt sind,
3 eine perspektivische Ansicht zweier Rahmenelemente, welche in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet sind,
4 eine Schnittansicht durch einen Stützstift, der einseitig mit einem Rahmenelement verbunden ist,
5 eine Schnittansicht durch einen Wabenkörper und einen den Wabenkörper durchstoßenden Stützstift, wobei der Stützstift beidseitig jeweils mit einem Rahmenelement verbunden ist, und
6 eine Schnittansicht durch einen alternativen Stützstift, welcher in axialer Richtung eine zusätzliche Isolationsschicht gegenüber den Rahmenelementen aufweist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt einen Wabenkörper 1, welcher durch einen aufgewickelten Lagenstapel aus glatten und gewellten Metallfolien gebildet ist. Der Wabenkörper 1 ist hinter einem Rahmenelement 2 angeordnet und mittels einer Vielzahl von Stützstiften 3 mit dem Rahmenelement 2 verbunden. Endseitig ist der Wabenkörper 1 jeweils mit einer elektrischen Durchführung 4 verbunden.
Die elektrischen Durchführungen 4 sind hierbei durch eine in 1 nicht zu erkennendes Gehäuse geführt und in diesem fixiert. Die elektrischen Durchführungen 4 dienen zur Zuführung eines elektrischen Leiters, wobei der elektrische Leiter gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist und das Gehäuse durch die elektrischen Durchführungen 4 gasdicht verschlossen ist.
Das Rahmenelement 2 weist einen ringförmigen Abschnitt 5 an seinem Außenradius auf und vor dort abragende Speichen 6, welche schaufelförmig gebogen sind. Die Speichen 6 enden im Zentrum des Rahmenelementes in einem zweiten ringförmigen Abschnitt 7. Innerhalb des zweiten ringförmigen Abschnitts 7 ist ein weiterer Steg 8 angeordnet, welcher den vom zweiten ringförmigen Abschnitt 7 aufgespannten Raum überdeckt.
Der Durchmesser des Rahmenelementes 2 ist größer als der Durchmesser des Wabenkörpers 1. So ist sichergestellt, dass bei einer Verbindung des Rahmenelementes 2 mit einem Gehäuse einer Abgasleitung der Wabenkörper zur Innenwandung der Abgasleitung beabstandet bleibt und maximal mit einem Endbereich des Lagenstapels in Kontakt mit der Abgasleitung gerät.
Die 2 zeigt eine Schnittansicht durch einen Stützstift 10, welcher einen metallischen Kern 11 aufweist. Der Kern 11 ist im Bereich des gezeigten Wabenkörpers 12 mit einer elektrischen Isolation 13, bevorzugt einer Oxidkeramik, überzogen. Die Isolationsschicht 13 ist wiederum von einer metallischen Hülse 14 umfasst, welche dann mit den Metallfolien des Wabenkörpers 12 in Kontakt steht. Weiterhin ist der Kern 11 mit den beiden Rahmenelementen 15, 16 verbunden.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht zweier Rahmenelemente 20, 21. In 3 ist zwischen den beiden Rahmenelementen 20, 21 kein Wabenkörper abgebildet. Die Rahmenelemente 20, 21 sind in ein rohrförmiges Gehäuse 22 eingesetzt. Zur einfacheren Positionierung können an dem Gehäuse 22 und den Rahmenelementen 20, 21 Positioniermittel, wie beispielsweise korrespondierende Vorsprünge und Vertiefungen vorgesehen sein.
Durch das Gehäuse 22 werden im endmontierten Zustand auch die elektrischen Durchführungen geführt.
4 zeigt einen Stützstift 30, der einseitig mit einem Rahmenelement 31 verbunden ist. Der Stützstift 30 weist ebenfalls einen metallischen Kern 32 eine elektrisch isolierende Schicht 33 und eine metallische Beschichtung 34 zur Verbindung mit dem Wabenkörper auf.
Der Stützstift 30 ist an der Außenseite, also der dem Wabenkörper abgewandten Seite, mit dem Rahmenelement 31 stoffschlüssig verbunden.
5 zeigt einen Stützstift 43, der endseitig mit Rahmenelementen 41, 42 verbunden ist und mit dem Wabenkörper 40. Der Aufbau des Stützstiftes 43 entspricht dem der vorher gezeigten Stützstifte. Im Unterschied zu den vorangegangenen Figuren ist der Stützstift 43 auf der Innenseite mit den Rahmenelementen 41, 42 verbunden, also auf der dem Wabenkörper 40 zugewandten Seite. Genauer ist die Lötpaste zum Verlöten des Stützstiftes 43 mit den Rahmenelementen 41, 42 auf der Innenseite aufgetragen.
6 zeigt einen Stützstift 50 mit einem etwas abweichenden Aufbau. Der Metallkern 51 ist sowohl im Bereich 55, der mit einer Metallhülse 52 umschlossen ist, welche zur Aufnahme des nicht gezeigten Wabenkörpers dient, mit einer elektrisch isolierenden Schicht umschlossen, sondern auch in den Bereichen 53, die den nicht gezeigten Rahmenelementen zugewandt sind. Diese Bereiche 53 können beispielsweise durch Unterlegscheiben aus Oxidkeramik gebildet sein. Auf diese folgt wieder eine metallische Schicht 54, welche beispielsweise durch eine metallische Unterlegscheibe gebildet sein kann.
Ein solcher Stützstift zeigt eine erhöhte Isolationswirkung, da auch in Richtung der Rahmenelemente eine eigene Isolationsschicht vorgesehen ist.
Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 6 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
Bezugszeichenliste

01: Wabenkörper
02: Rahmenelement
03: Stützstift
04: elektrische Durchführung
05: ringförmiger Abschnitt
06: Speiche
07: ringförmiger Abschnitt
08: Steg
10: Stützstift
11: metallischer Kern
12: Wabenkörper
13: Isolationsschicht
14: Metallhülse
15: Rahmenelement
16: Rahmenelement
20: Rahmenelement
21: Rahmenelement
22: rohrförmiges Gehäuse
30: Stützstift
31: Rahmenelement
32: metallischer Kern
33: Isolationsschicht
34: Metallhülse
40: Wabenkörper
41: Rahmenelement
42: Rahmenelement
43: Stützstift
50: Stützstift
51: metallischer Kern
52: Metallhülse
53: Isolationsschicht
54: metallische Schicht
55: Isolationsschicht

Claims

Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstroms einer Abgasquelle, mit einem entlang einer Hauptströmungsrichtung durchströmbaren Wabenkörper (1, 12, 40), welcher aus mehreren metallischen Folien durch Aufeinanderstapeln und Aufwickeln erzeugt ist, wobei der Wabenkörper (1, 12, 40) zumindest einen elektrischen Leitungspfad aufweist, welcher mittels zumindest einer elektrischen Kontaktierung elektrisch kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zumindest ein erstes Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) aufweist, welches dem Wabenkörper (1, 12, 40) entlang der Hauptdurchströmungsrichtung vorgelagert oder nachgelagert ist, wobei der Wabenkörper (1, 12, 40) mit dem ersten Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) mittels einer Mehrzahl von Stützstiften (3, 10, 30, 43, 50) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wabenkörper (1, 12, 40) ein erstes Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) entlang der Hauptdurchströmungsrichtung vorgelagert ist und ein zweites Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) entlang der Hauptdurchströmungsrichtung nachgelagert ist, wobei das erste Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) und das zweite Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) mit dem Wabenkörper (1, 12, 40) mittels einer Mehrzahl von Stützstiften (3, 10, 30, 43, 50) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) und/oder das zweite Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) einen größeren Durchmesser aufweisen als der Wabenkörper (1, 12, 40).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (1, 12, 40) gegenüber dem ersten Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) und/oder dem zweiten Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) mittels der Stützstifte (3, 10, 30, 43, 50) elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) und das zweite Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) nicht identisch sind und voneinander abweichende konstruktive Eigenschaften aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Rahmenelemente (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) aus einer Mehrzahl von Blechlagen erstellt ist, welche zumindest teileweise miteinander verschweißt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Rahmenelemente (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) zumindest zwei Bereiche unterschiedlicher Materialeigenschaften aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Rahmenelemente (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) einen ringförmigen Abschnitt (5) an seinem radial außenliegenden Endbereich aufweist, wobei von diesem ringförmigen Abschnitt (5) einzelne Speichen (6) zu einem zentralen Abschnitt (7) verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) entlang der Hauptdurchströmungsrichtung zumindest abschnittsweise in einer Flucht miteinander liegen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkörper (1, 12, 40) und/oder die Rahmenelemente (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) innerhalb eines ringförmigen Gehäuses (22) angeordnet sind.
Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit zumindest einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein rohrförmiges Gehäuse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in das Gehäuse (22) eingesetzt ist, wobei das erste Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) und/oder das zweite Rahmenelement (2, 15, 16, 20, 21, 41, 42) mit dem Gehäuse (22) stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind.
Abgasnachbehandlungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass der Wabenkörper (1, 12, 40) mittels zumindest einer elektrischen Durchführung (4), welche durch das Gehäuse (22) geführt ist, elektrisch kontaktierbar ist.