DE102022114107A1

DE102022114107A1 - Abgasheizer

Info

Publication number: DE102022114107A1
Application number: DE102022114107.1A
Authority: DE
Inventors: Marc PALINKAS; Fatih UYSAL
Original assignee: Purem GmbH
Current assignee: Eberspaecher Exhaust Technology GmbH and Co KG
Priority date: 2022-06-03
Filing date: 2022-06-03
Publication date: 2023-12-14

Abstract

Ein Abgasheizer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine umfasst wenigstens einen an einer Trägerstruktur (18) getragenen Heizleiter (20), wobei der wenigstens eine Heizleiter (20) wenigstens zwei Mäander-Windungsfelder (24, 26) aufweist, wobei jedes Mäander-Windungsfeld (24, 26) eine Mehrzahl von Heizleiter-Mäanderabschnitten (28) und benachbarte Heizleiter-Mäanderabschnitte (28) miteinander verbindende Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte umfasst, wobei bei jedem Mäander-Windungsfeld (24, 26) eine erste Gruppe (G₁, G₁') von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) die benachbarten Heizleiter-Mäanderabschnitte (28) in einem ersten Längsendbereich (36) derselben miteinander verbindet und eine zweite Gruppe (G₂, G₂') von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) die benachbarten Heizleiter-Mäanderabschnitte (28) in einem zweiten Längsendbereich (38) derselben miteinander verbindet, wobei die Trägerstruktur (18) bei wenigstens einem Teil der Mäander-Windungsfelder (24, 26) die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der ersten Gruppe (G₁, G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der zweiten Gruppe (G₂, G₂') von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) an einer Anströmseite des Heizleiters und einer Abströmseite des Heizleiters (20) wenigstens bereichsweise überdeckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Abgasheizer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine.
Derartige Abgasheizer werden eingesetzt, um auf in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine strömendes Abgas oder ein sonstiges die Abgasanlage durchströmendes Gas Wärme zu übertragen und damit eine oder mehrere stromabwärts eines Abgasheizers angeordnete Abgasbehandlungseinheiten, wie zum Beispiel Katalysator oder Partikelfilter, zu erwärmen und diese insbesondere in einer Startphase des Arbeitsbetriebs einer Brennkraftmaschine schneller auf die zur Durchführung einer katalytischen Reaktion erforderliche Arbeitstemperatur zu bringen.
Zur Bereitstellung der Wärme weisen derartige Abgasheizer im Allgemeinen zumindest einen durch elektrische Erregung erwärmbaren Heizleiter auf. Um eine möglichst große Wechselwirkungslänge zur Erwärmung von den Heizleiter umströmendem Abgas zu erreichen, ist es bekannt, derartige Heizleiter mit beispielsweise mäanderartig gewundener Struktur bereitzustellen. Da der Heizleiter sich bei Erwärmung ausdehnt, ist zum Vermeiden übermäßiger Verformungen im Abgasheizer die Länge der beispielsweise im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildeten Mäanderabschnitte einer derartigen mäanderartig gewundenen Struktur eines Heizleiters begrenzt, wodurch auch die durch einen so aufgebauten Heizleiter abdeckbare Querschnittsfläche einer von Abgas durchströmbaren Abgasführungskomponente begrenzt ist.
Aus der US 5,597,503 ist ein derartiger Abgasheizer bekannt, bei welchem ein kreisscheibenartig ausgebildeter Heizleiter ein einziges Mäander-Windungsfeld mit einer Mehrzahl von parallel zueinander verlaufenden Heizleiter-Mäanderabschnitten aufweist. In einem Außenumfangsbereich des kreisscheibenartigen Heizleiters sind nebeneinanderliegende Heizleiter-Mäanderabschnitte in jeweils einem ihrer Längsendbereiche durch Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte miteinander verbunden. Im radial äußeren Bereich ist der kreisscheibenartige Heizleiter unter Zwischenlagerung von Fasermaterial zwischen zwei ringartigen Abstützelementen einer Abstützstruktur gehalten. Dadurch sind die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte des einzigen Mäander-Windungsfelds durch die jeweilige Abstützabschnitte der Trägerstruktur bereitstellenden Abstützelemente bereichsweise überdeckt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abgasheizer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welcher ohne der Gefahr einer übermäßigen thermischen Ausdehnung eine Abdeckung größerer von Abgas durchströmbarer Querschnitte ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Abgasheizer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens einen an einer Trägerstruktur getragenen Heizleiter, wobei der wenigstens eine Heizleiter wenigstens zwei Mäander-Windungsfelder aufweist, wobei jedes Mäander-Windungsfeld eine Mehrzahl von Heizleiter-Mäanderabschnitten und benachbarte Heizleiter-Mäanderabschnitte miteinander verbindende Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte umfasst, wobei bei jedem Mäander-Windungsfeld eine erste Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten die benachbarten Heizleiter-Mäanderabschnitte in einem ersten Längsendbereich derselben miteinander verbindet und eine zweite Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten die benachbarten Heizleiter-Mäanderabschnitte in einem zweiten Längsendbereich derselben miteinander verbindet, wobei die Trägerstruktur bei wenigstens einem Teil der Mäander-Windungsfelder die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der ersten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der zweiten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten an einer Anströmseite des Heizleiters und einer Abströmseite des Heizleiters wenigstens bereichsweise überdeckt.
Durch das Abstützen der beiden Gruppen von bei einem jeweiligen Mäander-Windungsfeld vorhandenen Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten ist gewährleistet, dass auch bei Vorsehen mehrerer Mäander-Windungsfelder nebeneinander die insbesondere in einem inneren Bereich des von einem derartigen Heizleiter überdeckten Strömungsquerschnitts liegenden Abschnitte der Mäander-Windungsfelder stabil gehalten werden können, obgleich die Erstreckungslänge der Heizleiter-Mäanderabschnitte zum Vermeiden einer übermäßigen Längenänderung derselben bei thermischer Ausdehnung vergleichsweise kurz gehalten werden können.
Vorteilhafterweise kann dabei für eine stabile Gesamtstruktur vorgesehen sein, dass die Trägerstruktur bei jedem Mäander-Windungsfeld die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der ersten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der zweiten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten an der Anströmseite des Heizleiters und der Abströmseite des Heizleiters wenigstens bereichsweise überdeckt.
Um die Halterung des Heizleiters im Bereich der jeweiligen Gruppen von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten zu ermöglichen, ohne dabei durch die Trägerstruktur eine zu einer übermäßigen Strömungsverdämmung führende Abdeckung des Heizleiters einzuführen, wird vorgeschlagen, dass bei jedem Mäander-Windungsfeld mit durch die Trägerstruktur an der Anströmseite des Heizleiters und an der Abströmseite des Heizleiters wenigstens bereichsweise überdeckten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten der ersten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten und zweiten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der ersten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten entlang einer ersten Linie angeordnet sind und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der zweiten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten entlang einer zweiten Linie angeordnet sind, und dass die Trägerstruktur an der Anströmseite des Heizleiters und der Abströmseite des Heizleiters jeweils einen entlang der ersten Linie sich erstreckenden und die entlang der ersten Linie angeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der ersten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten wenigstens bereichsweise überdeckenden Abstützabschnitt und einen entlang der zweiten Linie sich erstreckenden und die entlang der zweiten Linie angeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der zweiten Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten wenigstens bereichsweise überdeckenden Abstützabschnitt umfasst. Jeder Abstützabschnitt folgt somit im Wesentlichen dem Verlauf einer jeweiligen Linie, entlang welcher die einer jeweiligen Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte angeordnet sind.
Je nach zu überdeckender Querschnittsstruktur einer Abgasführungskomponente kann dabei beispielsweise vorgesehen sein, dass bei wenigstens einem Mäander-Windungsfeld eine Linie von erster Linie und zweiter Linie bogenartig gekrümmt ist, oder/und dass bei wenigstens einem Mäander-Windungsfeld wenigstens eine Linie von erster Linie und zweiter Linie im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildet ist.
Insbesondere bei beispielsweise im Wesentlichen kreisrundem Strömungsquerschnitt kann bei zwei Mäander-Windungsfeldern eine Linie von erster Linie und zweiter Linie bogenartig gekrümmt sein und die andere Linie von erster Linie und zweiter Linie im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildet sein. Die beiden bogenartig gekrümmten Linien verlaufen dabei im Wesentlichen im Außenumfangsbereich des Heizleiters.
Insbesondere bei im inneren Strömungsquerschnittsbereich liegenden Mäander-Windungsfeldern können bei wenigstens einem Mäander-Windungsfeld die erste Linie und die zweite Linie im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildet sein.
Für eine einfache Formgebung der Trägerstruktur kann vorgesehen sein, dass bei wenigstens zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfeldern die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte einer Gruppe von erster Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten und zweiter Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten von einem Mäander-Windungsfeld der zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfelder und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte einer Gruppe von erster Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten und zweiter Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten des anderen Mäander-Windungsfelds der zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfelder an der Anströmseite durch den selben Abstützabschnitt der Trägerstruktur oder/und an der Abströmseite durch den selben Abstützabschnitt der Trägerstruktur wenigstens bereichsweise überdeckt sind.
Die Trägerstruktur kann an der Anströmseite des Heizleiters ein anströmseitiges Abstützelement und an der Abströmseite des Heizleiters ein abströmseitiges Abstützelement umfassen, wobei jedes Abstützelement einen ringartigen Abstützkörper umfasst, wobei der ringartige Abstützkörper in Zuordnung zu zwei Mäander-Windungsfeldern jeweils einen entlang einer bogenartig gekrümmten Linie angeordnete Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte einer Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten wenigstens bereichsweise überdeckenden Abstützabschnitt der Trägerstruktur bereitstellt.
Zur Abstützung von weiter im Inneren des Strömungsquerschnitts positionierten Bereichen des Heizleiters kann jedes Abstützelement wenigstens einen im Wesentlichen geradlinig sich erstreckenden und in seinen beiden Längsenden an den Abstützkörper anschließenden Abstützsteg umfassen, wobei der wenigstens eine Abstützsteg in Zuordnung zu zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfeldern einen entlang jeweils einer im Wesentlichen geradlinig sich erstreckenden Linie angeordnete Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte einer jeweiligen Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten der zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfelder wenigstens bereichsweise überdeckenden Abstützabschnitt der Trägerstruktur bereitstellt.
Für eine definierte elektrisch isolierte Halterung an der Trägerstruktur kann der wenigstens eine Heizleiter an der Trägerstruktur unter Zwischenlagerung von elektrisch isolierendem Fasermaterial getragen sein.
Dabei kann das Fasermaterial eine anströmseitige Fasermateriallage zwischen dem anströmseitigen Abstützelement und dem wenigstens einen Heizleiter und eine abströmseitige Fasermateriallage zwischen dem abströmseitigen Abstützelement und dem wenigstens einen Heizleiter umfassen.
In wenigstens einem Mäander-Windungsfeld, vorzugsweise jedem Mäander-Windungsfeld, können die Heizleiter-Mäanderabschnitte im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildet sein oder/und zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen.
Auch bei wenigstens zwei Mäander-Windungsfeldern, vorzugsweise allen Mäander-Windungsfeldern, können die Heizleiter-Mäanderabschnitte verschiedener Mäander-Windungsfelder zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen.
Bei dem erfindungsgemäßen Abgasheizer können wenigstens zwei Mäander-Windungsfelder, vorzugsweise alle Mäander-Windungsfelder, elektrisch zueinander parallel geschaltet sein, so dass an allen zueinander parallel geschalteten Mäander-Windungsfeldern im Wesentlichen die gleiche elektrische Spannung abfällt. Alternativ oder zusätzlich können wenigstens zwei Mäander-Windungsfelder, vorzugsweise alle Mäander-Windungsfelder, elektrisch zueinander seriell geschaltet sein, so dass alle zueinander seriell geschalteten Mäander-Windungsfelder vom gleichen elektrischen Strom durchflossen werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine von Abgas durchströmbare Abgasführungskomponente und wenigstens eine in der Abgasführungskomponente angeordnete Abgasbehandlungseinheit, vorzugsweise Katalysator oder/und Partikelfilter, wobei stromaufwärts wenigstens einer Abgasbehandlungseinheit ein erfindungsgemäß aufgebauter Abgasheizer angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:

1 eine prinzipartige Längsschnittdarstellung einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine;
2 eine Ansicht eines bei der Abgasanlage der 1 eingesetzten Abgasheizers, betrachtet an einer Anströmseite;
3 eine der 2 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausgestaltungsart des Abgasheizers;
4 eine weitere der 3 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausgestaltungsart des Abgasheizers;
5 eine Längsschnittansicht des Abgasheizers in einem radial äußeren Bereich desselben.

In 1 ist eine Abgasanlage 10 einer Brennkraftmaschine beispielsweise in einem Fahrzeug in prinzipartiger Weise dargestellt. Die Abgasanlage 10 umfasst eine beispielsweise rohrartig ausgebildete Abgasführungskomponente 12, in welcher von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenes Abgas A strömt.
In der Abgasanlage 10 ist eine allgemein mit 14 bezeichnete Abgasbehandlungseinheit, beispielsweise Katalysator, Partikelfilter oder dergleichen angeordnet. In dieser kann der Schadstoffanteil im Abgas A beispielsweise in einer katalytischen Reaktion verringert werden.
Stromaufwärts der Abgasbehandlungseinheit 14 ist ein allgemein mit 16 bezeichneter Abgasheizer angeordnet. Der Abgasheizer 16 umfasst eine Trägerstruktur 18, vermittels welcher wenigstens ein Heizleiter 20 an der Abgasführungskomponente 12 derart gehalten ist, dass das Abgas A beim Strömen auf die Abgasbehandlungseinheit 14 zu den Heizleiter 20 umströmt, dabei Wärme aufnimmt und diese auf die stromabwärts folgende Abgasbehandlungseinheit 14 übertragen kann.
Der in 2 an einer in Richtung stromaufwärts orientierten Anströmseite 22 dargestellte Abgasheizer 16 weist eine an die Querschnittskontur der Abgasführungskomponente 12 angepasste Außenumfangskontur auf. Im dargestellten Ausgestaltungsbeispiel weist der Abgasheizer 16 bzw. die Trägerstruktur 18 desselben eine im Wesentlichen kreisrunde Außenumfangskontur auf.
Der Heizleiter 20 des Abgasheizers 16 erstreckt sich in einer zu einer Längsmittenachse L des Abgasheizers 16 im Wesentlichen orthogonalen Ebene und weist in dem in 2 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel zwei quer zur Längsmittenachse L im Wesentlichen nebeneinander liegende Mäander-Windungsfelder 24, 26 auf. In jedem der Mäander-Windungsfelder 24, 26 weist der Heizleiter 20 eine Mehrzahl von im Wesentlichen geradlinig sich erstreckenden und zueinander im Wesentlichen parallel verlaufenden Heizleiter-Mäanderabschnitten 28 auf. Die nebeneinander verlaufenden Heizleiter-Mäanderabschnitte 28 eines jeweiligen Mäander-Windungsfelds 24, 26 sind in jeweiligen Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten 30 miteinander verbunden. Bei jedem der Mäander-Windungsfelder 24, 26 ist in einem der Endbereiche der Mäanderstruktur ein Heizleiter-Mäanderabschnitt 28' vorgesehen, der an einen jeweiligen Anschlussabschnitt 32, 34 elektrisch leitend anschließt, so dass der Heizleiter 20 mit einer Spannungsquelle verbunden werden kann. Im jeweiligen anderen Endbereich der Mäanderstruktur der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 sind jeweilige Heizleiter-Mäanderabschnitte 28" vorgesehen, welche aneinander anschließen bzw. elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Nur im Bereich dieser aneinander anschließenden Heizleiter-Mäanderabschnitte 28", 28" sind die beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 miteinander in Kontakt, so dass diese zueinander elektrisch seriell geschaltet sind. Insbesondere sind bei dem Heizleiter 20 die bzw. alle Mäander-Windungsfelder 24, 26 im Bereich der Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30, in welchen in jedem der Mäander-Windungsfelder 24, 26 die Heizleiter-Mäanderabschnitte 28 derselben miteinander verbunden sind, die Mäander-Windungsfelder 24, 26 voneinander getrennt, weisen also keinen Kontakt zueinander auf.
Der Heizleiter 20 kann mit der in 2 dargestellten Struktur einstückig, beispielsweise durch Heraustrennen aus einem plattenartigen Rohling aus elektrisch leitendem Material, hergestellt werden. Alternativ können die beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 als separate, zueinander grundsätzlich identische Bauteile bereitgestellt werden, die im Bereich ihrer Heizleiter-Mäanderabschnitte 28", 28" elektrisch leitend miteinander verbunden werden können.
In jedem der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 sind die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 grundsätzlich in zwei Gruppen G₁, G₂ bzw. G₁', G₂' angeordnet. Die einer jeweiligen ersten Gruppe G₁, G₁' zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 verbinden die Heizleiter-Mäanderabschnitte 28 eines jeweiligen Mäander-Windungsfeldes 24, 26 in einem ersten Längsendbereich 36 derselben miteinander. Die einer jeweiligen zweiten Gruppe G₂, G₂' zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 verbinden die Heizleiter-Mäanderabschnitte 28 in jedem der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 in ihrem zweiten Längsendbereich 38 miteinander.
In 2 ist deutlich zu erkennen, dass die der ersten Gruppe G₁ bzw. G₁' zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 aufeinanderfolgend und entlang einer bogenartig gekrümmten ersten Linie L₁ bzw. L₁' angeordnet sind. Die einer jeweiligen zweiten Gruppe G₂, G₂' zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 sind entlang jeweiliger im Wesentlichen geradlinig sich erstreckender Linien L₂ bzw. L₂' angeordnet. Während die den beiden zweiten Gruppen G₂, G₂' zugeordneten und entlang der Linien L₂, L₂' angeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 im zentralen Bereich des Heizleiters 20 bzw. des Abgasheizers 16 liegen und einen vergleichsweise geringen gegenseitigen Abstand zueinander aufweisen, liegen die den beiden ersten Gruppen G₁, G₁' zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 im radial äußeren Bereich des Heizleiters 20 bzw. des Abgasheizers 16.
Die Zur Halterung des Abgasheizers 16 an der Abgasführungskomponente 12 auch dienende Trägerstruktur 18 umfasst, wie in 5 zu erkennen, ein an der Anströmseite 22 des Heizleiters 20 angeordnetes anströmseitiges Abstützelement 40 und umfasst ein an einer Abströmseite 42 des Heizleiters 20 angeordnetes abströmseitiges Abstützelement 44. Die beiden im Wesentlichen scheibenartig ausgebildeten Abstützelemente 40, 44 können beispielsweise durch Heraustrennen aus einem Blechrohling hergestellt werden.
Jedes Abstützelement 40, 44 weist in seinem radial äußeren Bereich einen an die Innenquerschnittskontur der Abgasführungskomponente 12 vorzugsweise formangepassten, ringartigen Abstützkörper 46 auf. Zwischen dem ringartigen Abstützkörper 46 des stromaufwärtigen Abstützelements 40 und dem radial äußeren Bereich des Heizleiters 20 ist eine anströmseitige Fasermateriallage 48 von den Heizleiter 20 an der Trägerstruktur 18 elektrisch isoliert lagerndem Fasermaterial 50 angeordnet. Zwischen dem Heizleiter 20 und dem abströmseitigen Abstützelement 44 ist eine abströmseitige Fasermateriallage 52 des Fasermaterials 50 positioniert, so dass der Heizleiter 20 zwischen den beiden Abstützelementen 40, 44 bzw. den Abstützkörpern 46 derselben definiert und elektrisch isoliert sowohl in axialer, als auch in radialer Richtung gehalten ist. Beispielsweise kann das Fasermaterial 50 mit Keramikmaterial oder dergleichen aufgebaut sein.
Für einen festen axialen Zusammenhalt sorgt ein die beiden Abstützelemente 40, 44 radial außen umgebender und mit diesen beispielsweise durch Materialschluss, wie z. B. Verschweißen oder Verlöten, fest verbundener Abstützring 54. Die beiden Abstützelemente 40, 44 können zueinander im Wesentlichen identisch geformt sein, also als Gleichteile ausgebildet sein, was zu einem grundsätzlich einfach strukturierten und kostengünstig herzustellenden Aufbau des Abgasheizers 16 beiträgt.
Wie in 2 insbesondere anhand des Abstützkörpers 46 des anströmseitigen Abstützelements 40 zu erkennen ist, überdeckt dieser mit jeweiligen Abstützabschnitten 56, 56' die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 der beiden ersten Gruppen G₁, G₁' derart, dass jeder dieser Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 wenigstens bereichsweise von dem Abstützkörper 46 bzw. dem jeweils daran vorgesehenen Abstützabschnitt 56, 56' radial bzw. in Umfangsrichtung überdeckt ist. Eine entsprechende Anordnung ist auch an der Abströmseite 42 bei dem Abstützkörper 46 des abströmseitigen Abstützelements 44 vorgesehen. Dadurch ist der Heizleiter 20 in seinem Außenumfangsbereich im Bereich von jedem der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 durch Einspannung zwischen den beiden Fasermateriallagen 48, 52 in axialer und in radialer Richtung definiert gehalten.
Um auch eine definierte Halterung des Heizleiters 20 in seinem zentralen Bereich, also im Bereich der beiden zweiten Gruppen G₂, G₂' zu erreichen, weist jedes der beiden Abstützelemente 40, 44 einen im Bereich seiner beiden Längsenden an den jeweiligen Abstützkörper 46 anschließenden Abstützsteg 58 auf. Die Abstützstege 58 der Abstützelemente 40, 44 erstrecken sich im Wesentlichen geradlinig entlang der jeweiligen zweiten Linien L₂, L₂' und überdecken somit die beiden zweiten Gruppen G₂, G₂' von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten 30. Jeder Abstützsteg 58 stellt somit einen Abstützabschnitt 60 bereit, welcher die jeweils entlang einer der Linien L₂, L₂' angeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 beider zweiter Gruppen G₂, G₂' der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 an der Anströmseite 22 bzw. der Abströmseite 42 derselben jeweils zumindest bereichsweise überdecken.
Auch zwischen den Abstützstegen 58 der beiden Abstützelemente 40, 44 und dem Heizleiter 20 bzw. den von diesen überdeckten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten 30 der beiden zweiten Gruppen G₂, G₂' kann das Fasermaterial 50 angeordnet sein, um eine definierte axiale Abstützung des Heizleiters 20 im Bereich der beiden zweiten Gruppen G₂, G₂' an der Abstützstruktur 18 zu erreichen.
Mit dem vorangehend beschriebenem Aufbau des Abgasheizers 16 bzw. des Heizleiters 20 und der Trägerstruktur 18 desselben wird es möglich, eine vergleichsweise große von Abgas A durchströmbare Querschnittsfläche der Abgasführungskomponente 12 zu überdecken, und somit eine große Wechselwirkungslänge des Heizleiters 20 zur Erwärmung des Abgases A bereitzustellen, ohne dass die Heizleiter-Mäanderabschnitte 28 eine übermäßig große Länge aufweisen. Bei Erwärmung beispielsweise durch das Abgas A oder den durch den Heizleiter 20 hindurchfließenden elektrischen Strom erfahren die einzelnen Heizleiter-Mäanderabschnitte 28 nur eine vergleichsweise geringe thermische Längenänderung, so dass deren Relativlage, insbesondere auch die Relativlage der Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 bezüglich der Abstützelemente 40, 44, sich unter thermischem Einfluss vergleichsweise wenig ändert und somit für alle Temperaturen eine definierte Halterung des Heizleiters 20 an der Trägerstruktur 18 gewährleistet ist. Somit wird es möglich, auch für vergleichsweise groß dimensionierte Strömungsquerschnitte der Abgasführungskomponente 12 ausgebildete Heizleiter 20 bereitzustellen, bei welchen die einzelnen Heizleiter-Mäanderabschnitte 28 gleichwohl eine vergleichsweise kurze Länge aufweisen.
Eine alternative Ausgestaltungsform des Abgasheizers 10, insbesondere des Heizleiters 20 desselben, ist in 3 erkennbar. Der grundsätzliche Aufbau insbesondere auch der Trägerstruktur 18 entspricht dem vorangehend mit Bezug auf die 2 beschriebenem Aufbau, so dass auf die voranstehenden Ausführungen verwiesen werden kann.
Bei dem in 3 dargestellten Aufbau sind die beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 des Heizleiters 20 zueinander parallel geschaltet. Dies bedeutet, dass die beiden in einem der Endbereiche der Mäanderstrukturen angeordneten Heizleiter-Mäanderabschnitte 28' der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 zusammen an dem Anschlussabschnitt 32 anschließen, während die beiden im anderen Endbereich der jeweiligen Mäanderstruktur liegenden Heizleiter-Mäanderabschnitte 28" der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 zusammen an den Anschlussabschnitt 34 anschließen. Anders als beispielsweise bei der in 2 dargestellten seriellen Schaltung der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 liegen somit die beiden Anschlussabschnitte 32, 34 nicht im gleichen Umfangsbereich des Heizleiters 20, sondern an bezüglich der Längsmittenachse L des Abgasheizers 16 diametral gegenüberliegenden Bereichen.
Auch bei dem in 3 dargestellten Aufbau liegen in jedem der beiden Mäander-Windungsfelder 24, 26 die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 der beiden ersten Gruppen G₁, G₁' auf den entsprechend der Außenumfangskontur des Abgasheizers 16 bzw. der Trägerstruktur 18 bogenartig bzw. kreislinienartig gekrümmten Linien L₁, L₁', während die den beiden zweiten Gruppen G₂, G₂' zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 entlang der geradlinig sich erstreckenden Linien L₂, L₂' angeordnet sind. In jeder der ersten und zweiten Gruppen G₁, G₁', G₂, G₂' sind die entlang der jeweiligen Linien L₁, L₁', L₂, L₂' aufeinander folgend angeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 durch die verschiedenen Abstützabschnitte 56, 56', bzw. 60 der beiden Abstützelemente 40, 44 überdeckt und dadurch in definierter Position axial und radial gehalten.
Bei der in 4 dargestellten Ausgestaltungsform des Abgasheizers 16 umfasst der Heizleiter 20 desselben insgesamt drei Mäander-Windungsfelder 24, 26, 62. Die beiden jeweils in äußeren Bereichen liegenden Mäander-Windungsfelder 24, 26 weisen die in den 1 und 2 dargestellte Struktur auf, bei welcher die der jeweiligen ersten Gruppe G₁, G₁' zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 entlang der bogenartig gekrümmten Linien L₁, L₁' angeordnet sind und durch die Abstützabschnitte 56, 56` des jeweiligen Abstützkörpers 46 der beiden Abstützelemente 40, 44 überdeckt sind. Die beiden zweiten Gruppen G₂, G₂' von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten 30 der Mäander-Windungsfelder 24, 26 sind entlang der gradlinig sich erstreckenden Linien L₁, L₁' angeordnet. Da zwischen den beiden Mäander-Windungsfeldern 24, 26 nunmehr das dritte Mäander-Windungsfeld 62 angeordnet ist, ist in Zuordnung zu den beiden zweiten Gruppen G₂, G₂' der äußeren Mäander-Windungsfelder 24, 26 bei jedem der beiden Abstützelemente 40, 44 jeweils ein separater Abstützsteg 58, 58' bzw. ein dadurch gebildeter Abstützabschnitt 60 bzw. 60' vorgesehen. Der Abstützsteg 58 überdeckt somit die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 der zweiten Gruppe G₂ des Mäander-Windungsfelds 24, und der Abstützsteg 58' überdeckt die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 der zweiten Gruppe G₂' des Mäander-Windungsfelds 26.
Auch bei dem zwischen den beiden Mäander-Windungsfeldern 24, 26 angeordneten Mäander-Windungsfeld 62 liegen die die Heizleiter-Mäanderabschnitte 28 in ihren beiden Längsendbereichen 36, 38 miteinander verbindenden Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 verteilt auf zwei Gruppen G₁" und G₂" entlang jeweiliger im Wesentlichen geradlinig sich erstreckender Linien L₁" und L₂". Die der ersten Gruppe G₁" zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 des Mäander-Windungsfelds 62 liegen somit in geringem Abstand zu den der zweiten Gruppe G₂ zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten 30 des Mäander-Windungsfeldes 24 und sind durch die gleichen Abstützstege 58 der beiden Abstützelemente 40, 44 überdeckt. Die der zweiten Gruppe G₂" zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte 30 des Mäander-Windungsfelds 62 liegen in geringem Abstand neben den der zweiten Gruppe G₂' zugeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten 30 des Mäander-Windungsfelds 26 und sind durch die selben Abstützstege 58' der beiden Abstützelemente 40, 44 an der Anströmseite 22 bzw. der Abströmseite 42 überdeckt und somit definiert in axialer und radialer Richtung gehalten.
Auch bei der in 4 dargestellten Ausgestaltung des Abgasheizers 16 sind die Mäander-Windungsfelder 24, 26, 62 des Heizleiters 20 zueinander parallel geschaltet. Die jeweiligen in den Endbereichen der Mäanderstrukturen liegenden Heizleiter-Mäanderabschnitte 28' bzw. 28" schließen über jeweilige Stromschienen 64, 66, welche zumindest bei den beiden äußeren Mäander-Windungsfeldern 24, 26 selbst noch einen Teil der Mäanderstruktur bilden können, an die Anschlussabschnitte 32, 34 an.
Es ist abschließend darauf hinzuweisen, dass die Prinzipien der Erfindung auch Anwendung finden können, wenn beispielsweise mehr als drei Mäander-Windungsfelder des Heizleiters vorgesehen sind oder wenn beispielsweise zwei oder drei Heizleiter in Richtung der Längsmittenachse L aufeinanderfolgend angeordnet sind. Es kann dann eine sandwichartige Struktur vorgesehen werden, bei welcher jeweils ein Abstützelement und ein Heizleiter einander abwechselnd aufeinander folgen und zwischen jedem Abstützelement und dem bzw. den benachbarten Heizleitern jeweils eine Fasermateriallage insbesondere im Bereich der jeweiligen Abstützabschnitte vorgesehen ist.
Auch ist darauf hinzuweisen, dass die in 5 in prinzipartiger Darstellung gezeigte Abstützelemente insbesondere im Bereich ihres ringartigen Abstützkörpers anders geformt sein können, so können diese beispielsweise eine die jeweiligen Fasermateriallagen radial innen oder/und radial außen axial übergreifende Struktur aufweisen, um das jeweilige Fasermaterial in diesen Bereichen abzuschirmen. Ein elektrischer Kontakt zwischen den Abstützelementen und dem Heizleiter muss dabei jedoch vermieden werden. Der Abstützring könnte auch über zusätzliche Trägerelemente mit den Abstützelementen verbunden sein oder könnte selbst durch einen Rohrabschnitt oder ein Gehäuse der Abgasführungskomponente bereitgestellt sein.
Auch ist darauf hinzuweisen, dass, obgleich aufgrund der gleichmäßigen Heizcharakteristik die in den Figuren dargestellte, im Wesentlichen spiegelsymmetrische Ausgestaltung der Mäander-Windungsfelder besonders vorteilhaft ist, insbesondere dann, wenn in einer Abgasanlage eine ungleichmäßige Anströmung des Abgasheizers erfolgt, eine von der spiegelsymmetrischen Ausgestaltung abweichende Ausgestaltung des Heizleiters gewählt werden kann, bei welcher insbesondere auch die äußeren Mäander-Windungsfelder unterschiedliche Mäanderstrukturen aufweisen können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5597503 [0004]

Claims

Abgasheizer für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, umfassend wenigstens einen an einer Trägerstruktur (18) getragenen Heizleiter (20), wobei der wenigstens eine Heizleiter (20) wenigstens zwei Mäander-Windungsfelder (24, 26, 62) aufweist, wobei jedes Mäander-Windungsfeld (24, 26, 62) eine Mehrzahl von Heizleiter-Mäanderabschnitten (28) und benachbarte Heizleiter-Mäanderabschnitte (28) miteinander verbindende Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) umfasst, wobei bei jedem Mäander-Windungsfeld (24, 26, 62) eine erste Gruppe (G₁, G₁', G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) die benachbarten Heizleiter-Mäanderabschnitte (28) in einem ersten Längsendbereich (36) derselben miteinander verbindet und eine zweite Gruppe (G₂, G₂', G₂") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) die benachbarten Heizleiter-Mäanderabschnitte (28) in einem zweiten Längsendbereich (38) derselben miteinander verbindet, wobei die Trägerstruktur (18) bei wenigstens einem Teil der Mäander-Windungsfelder (24, 26, 62) die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der ersten Gruppe (G₁, G₁', G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der zweiten Gruppe (G₂, G₂', G₂") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) an einer Anströmseite (22) des Heizleiters und einer Abströmseite (42) des Heizleiters (20) wenigstens bereichsweise überdeckt.
Abgasheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (18) bei jedem Mäander-Windungsfeld (24, 26, 62) die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der ersten Gruppe (G₁, G₁', G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der zweiten Gruppe (G₂, G₂', G₂") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten an der Anströmseite (22) des Heizleiters (20) und der Abströmseite (42) des Heizleiters (20) wenigstens bereichsweise überdeckt.
Abgasheizer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Mäander-Windungsfeld (24, 26, 62) mit durch die Trägerstruktur (18) an der Anströmseite (22) des Heizleiters (20) und an der Abströmseite (42) des Heizleiters (20) wenigstens bereichsweise überdeckten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) der ersten Gruppe (G₁, G₁', G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) und zweiten Gruppe (G₂, G₂', G₂") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte der ersten Gruppe (G₁, G₁', G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) entlang einer ersten Linie (L₁, L₁', L₁") angeordnet sind und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der zweiten Gruppe (G₂, G₂', G₂") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) entlang einer zweiten Linie (L₂, L₂', L₂") angeordnet sind, und dass die Trägerstruktur (18) an der Anströmseite (22) des Heizleiters (20) und der Abströmseite (42) des Heizleiters (20) jeweils einen entlang der ersten Linie (L₁, L₁', L₁") sich erstreckenden und die entlang der ersten Linie (L₁, L₁', L₁") angeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der ersten Gruppe (G₁, G₁', G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) wenigstens bereichsweise überdeckenden Abstützabschnitt (56, 56', 60) und einen entlang der zweiten Linie (L₂, L₂', L₂") sich erstreckenden und die entlang der zweiten Linie (L₂, L₂', L₂") angeordneten Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) der zweiten Gruppe (G₂, G₂', G₂") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (36) wenigstens bereichsweise überdeckenden Abstützabschnitt (60, 60') umfasst.
Abgasheizer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Mäander-Windungsfeld (24, 26) eine Linie von erster Linie (L₁, L₁') und zweiter Linie (L₂, L₂') bogenartig gekrümmt ist, oder/und dass bei wenigstens einem Mäander-Windungsfeld (24, 26, 62) wenigstens eine Linie von erster Linie (L₁") und zweiter Linie (L₂, L₂', L₂") im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildet ist.
Abgasheizer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Mäander-Windungsfeldern (24, 26) eine Linie von erster Linie (L₁, L₁') und zweiter Linie (L₂, L₂') bogenartig gekrümmt ist und die andere Linie von erster Linie (L₁, L₁') und zweiter Linie (L₂, L₂') im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildet ist.
Abgasheizer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Mäander-Windungsfeld (62) die erste Linie (L₁") und die zweite Linie (L₂") im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildet ist.
Abgasheizer nach einem der Ansprüche 3-6, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfeldern (24, 26, 62) die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) einer Gruppe von erster Gruppe (G₁, G₁', G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) und zweiter Gruppe (G₁, G₁', G₁") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) von einem Mäander-Windungsfeld der zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfelder und die Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte einer Gruppe von erster Gruppe von (G₁, G₁', G₁") Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) und zweiter Gruppe (G₂, G₂', G₂") von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) des anderen Mäander-Windungsfelds der zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfelder (24, 26, 62) an der Anströmseite (22) durch den selben Abstützabschnitt (60, 60') der Trägerstruktur (18) oder/und an der Abströmseite (42) durch den selben Abstützabschnitt (60, 60') der Trägerstruktur (18) wenigstens bereichsweise überdeckt sind.
Abgasheizer nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (18) an der Anströmseite (22) des Heizleiters (20) ein anströmseitiges Abstützelement (40) und an der Abströmseite (42) des Heizleiters (20) ein abströmseitiges Abstützelement (44) umfasst, wobei jedes Abstützelement (40, 44) einen ringartigen Abstützkörper (46) umfasst, wobei der ringartige Abstützkörper (46) in Zuordnung zu zwei Mäander-Windungsfeldern (24, 26) jeweils einen entlang einer bogenartig gekrümmten Linie (L₁, L₁') angeordnete Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) einer Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten wenigstens bereichsweise überdeckenden Abstützabschnitt (56, 56') der Trägerstruktur (18) bereitstellt.
Abgasheizer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Abstützelement (40, 44) wenigstens einen im Wesentlichen geradlinig sich erstreckenden und in seinen beiden Längsenden an den Abstützkörper (46) anschließenden Abstützsteg (58, 58') umfasst, wobei der wenigstens eine Abstützsteg (58, 58') in Zuordnung zu zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfeldern (24, 26, 62) einen entlang jeweils einer im Wesentlichen geradlinig sich erstreckenden Linie (L₂, L₂', L₁", L₂") angeordnete Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitte (30) einer jeweiligen Gruppe von Mäanderabschnitt-Verbindungsabschnitten (30) der zwei nebeneinanderliegend angeordneten Mäander-Windungsfelder (24, 26, 28) wenigstens bereichsweise überdeckenden Abstützabschnitt (60, 60') der Trägerstruktur (18) bereitstellt.
Abgasheizer einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Heizleiter (20) an der Trägerstruktur (18) unter Zwischenlagerung von elektrisch isolierendem Fasermaterial (50) getragen ist.
Abgasheizer nach Anspruch 10 und Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (50) eine anströmseitige Fasermateriallage (48) zwischen dem anströmseitigen Abstützelement (40) und dem wenigstens einen Heizleiter (20) und eine abströmseitige Fasermateriallage (52) zwischen dem abströmseitigen Abstützelement (44) und dem wenigstens einen Heizleiter (20) umfasst.
Abgasheizer nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Mäander-Windungsfeld (24, 26, 62), vorzugsweise jedem Mäander-Windungsfeld (26, 26, 62), die Heizleiter-Mäanderabschnitte (28) im Wesentlichen geradlinig sich erstreckend ausgebildet sind oder/und zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen.
Abgasheizer nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens zwei Mäander-Windungsfeldern (24, 26, 62), vorzugsweise allen Mäander-Windungsfeldern (24, 26, 62), die Heizleiter-Mäanderabschnitte (28) verschiedener Mäander-Windungsfelder (24, 26, 62) zueinander im Wesentlichen parallel verlaufen.
Abgasheizer nach einem der Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Mäander-Windungsfelder (24, 26, 62), vorzugsweise alle Mäander-Windungsfelder (24, 26, 62), elektrisch zueinander parallel geschaltet sind, oder/und dass wenigstens zwei Mäander-Windungsfelder (24, 26), vorzugsweise alle Mäander-Windungsfelder (24, 26), elektrisch zueinander seriell geschaltet sind.
Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine von Abgas (A) durchströmbare Abgasführungskomponente (12) und wenigstens eine in der Abgasführungskomponente (12) angeordnete Abgasbehandlungseinheit, vorzugsweise Katalysator oder/und Partikelfilter, wobei stromaufwärts wenigstens einer Abgasbehandlungseinheit (14) ein Abgasheizer (16) nach einem der Ansprüche 1-14 angeordnet ist.