DE102022121594A1

DE102022121594A1 - Elektrode und Abstandselement

Info

Publication number: DE102022121594A1
Application number: DE102022121594.6A
Authority: DE
Inventors: Krzysztof Stawinoga; Joachim Gehrlein; Peter Räsch
Original assignee: Tenneco GmbH
Current assignee: Tenneco GmbH
Priority date: 2022-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2024-03-07
Also published as: WO2024042169A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizwiderstand 1 zum Einsetzen in ein Abgasrohr 4, wobei der Heizwiderstand 1 in eine Form mit mehreren nebeneinander angeordneten Heizschleifen 1.3a, 1.3b, 1.3c gebracht ist, die eine Grundform_G mit einer Mittelachse 1.4 ausbilden, wobei benachbarte Heizschleifen 1.3a, 1.3b eine Nut 1.6 mit einer Nutachse 1.6a begrenzen, die zur Aufnahme eines Abstandselements 3a, 3b, 3c dient, wobei mindestens eine der benachbarten Heizschleifen 1.3a, 1.3b ergänzend zu der Nut 1.6 eine Ausnehmung 1.9 mit einer Flanke 1.9a aufweist, in die das jeweilige Abstandselement 3a, 3b, 3c einsetzbar ist, wobei das jeweilige Abstandselement 3a, 3b, 3c mit Bezug zur Nutachse 1.6a in beide Richtungen einen Formschluss mit der jeweiligen Flanke 1.9a bildet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heizwiderstand zum Einsetzen in ein Abgasrohr, wobei der Heizwiderstand in eine Form mit einer oder mehreren nebeneinander angeordneten Heizschleifen gebracht ist, die eine Grundform_G mit einer Mittelachse ausbilden bzw. der Heizwiderstand eine Grundform_G mit einer Mittelachse aufweist, bei der mehrere nebeneinander angeordnete Heizschleifen ausgebildet sind, wobei die jeweilige Heizschleife aus zwei benachbarten Abschnitten gebildet ist, wobei benachbarte Abschnitte eine Nut mit einer Nutachse begrenzen, die zur Aufnahme eines Abstandselements dient.
Es ist bereits eine Elektrode mit Abstandselement aus der WO 2014 73545 A1 bekannt. Die Elektrode weist im Umfangsrichtung verlaufende Schlitze auf in die Abstandselemente eingesetzt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode derart auszubilden und anzuordnen, dass das Einsetzen und der Sitz der Abstandselemente verbessert ist.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass mindestens einer der benachbarten Abschnitte ergänzend zu der Nut eine Ausnehmung mit einer Flanke aufweist, in die das jeweilige Abstandselement einsetzbar ist, wobei das jeweilige Abstandselement mit Bezug zur Nutachse in beide Richtungen in einen Formschluss mit der jeweiligen Flanke bringbar ist. Die Nutachse ist dabei rechtwinklig zur Mittelachse bzw. rechtwinklig zur Strömungsachse des zu erhitzenden Abgasstroms ausgerichtet. Hierdurch wird erreicht, dass eine beliebige Anzahl von Abstandselementen, meist in Form von Pins auch automatisiert in den Heizwiderstand eingesetzt werden können. Der jeweilige Pin hat nur diesen einen translatorischen Freiheitsgrad betreffend die genannte Montagerichtung. Über entsprechende Anlageelemente, die benachbart zum Heizwiderstand bzw. Heizkörper angeordnet sind, ist eine Sicherung der Pins möglich.
Vorteilhaft kann es hierzu auch sein, wenn das Abstandselement und die jeweilige Heizschleife bzw. der jeweilige Abschnitt oder Schenkel gegeneinander elektrisch isoliert sind, wobei

a) die Abstandselemente mehrere gesonderte Bauteile bilden, die jeweils in die Ausnehmung einsetzbar sind oder
b) zumindest ein Teil der Abstandselemente in Form einer einteiligen Abstandselementbrücke ausgebildet ist, wobei das jeweilige Abstandselement in die jeweilige Ausnehmung einsetzbar ist. Anders als bei der Brücke ist bei gesonderten Bauteilen ist jedes Abstandselement separat für sich.

Wenn die Abstandselemente mehrere gesonderte Bauteile bilden, sind die Abstandselemente vorzugsweise aus einem Isolationsmaterial bzw. einem nicht elektrisch leitenden Material wie Keramik gebildet, so dass das jeweilige Abstandselement und die jeweilige Heizschleife gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Wenn zumindest ein Teil der Abstandselemente in Form einer einteiligen Abstandselementbrücke ausgebildet ist, ist die Abstandselementbrücke vorzugsweise aus einem Isolationsmaterial bzw. einem nicht elektrisch leitenden Material, wie Keramik oder Keramikfasern gebildet, sodass das jeweilige Abstandselement und die jeweilige Heizschleife gegeneinander elektrisch isoliert sind.
In allen zwei Fällen sind auch benachbarte Heizschleifen durch das jeweilige Abstandselement gegeneinander elektrisch isoliert. Das jeweilige Abstandselement gewährleistet nur den Abstand zwischen Heizschleifen, nur den Abstand zwischen Elektrodenanschlusselement und dem Heizwiderstand oder beide Abstände. Hierdurch wird erreicht, dass im Betrieb des Heizelements keine Störgeräusche durch insbesondere Resonanzschwingungen des Heizwiderstandes bzw. der Heizschleifen auftreten. Zudem wird ein Kurzschluss zwischen dem jeweiligen Elektrodenanschlusselement und dem Heizwiderstand bzw. den Heizschleifen verhindert.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Ausnehmung eine Querschnittsform F aufweist und das Abstandselement einen Querschnitt Q aufweist, wobei

a) die Querschnittsform F einer Teilform des Querschnitts Q entspricht und/oder
b) die Querschnittsform F und/oder der Querschnitt Q rund, oval, polygon oder eckig ausgebildet ist. Wenn die Querschnittsform F einer Teilform des Querschnitts Q entspricht, beispielsweise teilkreisförmig bei einem runden Querschnitt Q, dann ist ein minimaler Anlagedruck zwischen dem Abstandselement und dem Heizkörper gegeben.

Vorteilhaft kann es auch sein, wenn das jeweilige Abstandselement in eine Richtung rechtwinklig oder quer zur Nutachse in die jeweilige Ausnehmung einsetzbar ist oder das jeweilige Abstandselement in eine Richtung parallel zur Mittelachse in die jeweilige Ausnehmung einsetzbar ist. Ein Einsetzen oder herausnehmen parallel zur Nutachse ist somit nicht möglich.
Dabei kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Heizwiderstand eine keramische oder eine metallische Wabenstruktur aufweist, wobei die keramische Wabenstruktur eine elektrisch leitende Beschichtung aufweist und/oder die elektrisch leitende Beschichtung oder die metallische Wabenstruktur eine katalytische Beschichtung aufweist. Ergänzend zum Erhitzen kann mit dem Heizelement auch eine katalytische Reinigung des Abgases erreicht werden.
Vorteilhaft kann auch sein ein Heizelement mit einem Heizwiderstand wie vorgehend beschrieben und mindestens einem eingesetzten Ab-standselement.
Zudem kann ein System bestehend aus einem Heizelement wie vorgehend beschrieben und zumindest einem Teil einer Abgasanlage in Form eines Abgasrohres von Vorteil sein, wobei der Heizwiderstand innerhalb des Abgasrohres angeordnet ist.
Schließlich ist ein Verfahren zum Herstellen eines Heizwiderstands vorteilhaft, bei dem

a) das jeweilige Abstandselement in eine Richtung rechtwinklig oder quer zur Nutachse in die jeweilige Ausnehmung eingesetzt wird oder
b) das jeweilige Abstandselement in eine Richtung parallel zur Mittelachse in die jeweilige Ausnehmung eingesetzt wird. Das Einsetzen bzw. eine Vormontage der Pins lässt sich auf einfache Weise, insbesondere automatisiert bewerkstelligen. Die Abstandselemente können lediglich in den aufgelegten Heizwiderstand eingesetzt werden. Dabei kann die Anzahl der Abstandselemente von Heizwiderstand zu Heizwiderstand variieren. Eine Anpassung der Geometrie der Abstandselemente oder einer Abstandselementbrücke ist nicht notwendig.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:

1 ein Heizelement in perspektivischer Ansicht;
2 einen Heizkörper gemäß 1;
3 das Heizelement montiert in einem Abgasrohr;
4 eine weitere Ausführungsform der Abstandselemente;
5 eine alternative Ausführungsform der Abstandselemente;
6a, 6b verschiedene Ausführungsformen der Wabenstruktur.

Ein in 1 dargestelltes Heizelement 10 weist einen Heizkörper in Form eines Heizwiderstands 1 auf. Der Heizwiderstand 1 weist mehrere Heizschleifen 1.3a bis 1.3c auf, wobei der Heizwiderstand 1 endseitig jeweils eine Kontaktzone 1.1, 1.2 aufweist, an die ein Elektrodenanschlusselement 2.3, 2.4 elektrisch angeschlossen ist. Das jeweilige Elektrodenanschlusselement 2.3, 2.4 wiederum ist mit einer Elektrode 2.1, 2.2 zum Anschluss an ein elektrisches Bordnetz versehen. Jede Heizschleife 1.3a - 1.3c weist zwei Abschnitte oder Schenkel 1.3 auf, die durch die Nut 1.6 voneinander getrennt sind. Benachbarte Schenkel 1.3 sind somit durch die Nut 1.6 voneinander getrennt. Im endseitigen Bereich der Nut 1.6 ist jeweils ein Abstandselement 3a bis 3c vorgesehen, welches den Abstand zwischen benachbarten Heizschleifen 1.3a, 1.3b gewährleistet.
Nach dem Ausführungsbeispiel 1 ist das jeweilige Abstandselement 3a bis 3c einteiliger Bestandteil des jeweiligen Elektrodenanschlusselements 2.3, 2.4. Zwecks Vermeidung eines Kurzschlusses zwischen benachbarten Heizschleifen 1.3a, 1.3b weist das jeweilige Elektrodenanschlusselement 2.3, 2.4 eine Isolationsschicht 2.8 auf, die insbesondere dort vorgesehen ist, wo das jeweilige Abstandselement 3a bis 3c oder das Elektrodenanschlusselement 2.3, 2.4 Kontakt zum Heizwiderstand 1 hat.
Gegenüberliegend zu den Heizelektroden 2.1, 2.2 ist ein als Brücke ausgebildeter Abstandhalter 5 vorgesehen, der ebenfalls entsprechende Abstandselemente aufweist, die im Endbereich der jeweiligen Nut angeordnet sind.
In 2 ist der Heizwiderstand 1 für sich dargestellt. Der Heizwiderstand 1 weist eine runde Grundform_G auf, die ein Montieren in ein ebenfalls rundes Abgasrohr 4 gemäß 3 gewährleistet. Der Heizwiderstand 1 weist eine Symmetrieachse 1.5 auf, die rechtwinklig zu einer Mittelachse 1.4 angeordnet ist. Auf der nach 2 linken Seite ist die Kontaktzone 1.1 vorgesehen, wobei auf der rechten Seite die Kontaktzone 1.2 vorgesehen ist. Mit Bezug auf die jeweilige Kontaktzone 1.1, 1.2 weist der Heizwiderstand 1 eine Klappsymmetrie K auf, sodass die Kontaktzone 1.1 durch Klappen um die Symmetrieachse 1.5 in die Kontaktzone 1.2 überführt werden kann. Aufgrund dieser Klappsymmetrie der beiden Kontaktzonen 1.1, 1.2 ist es möglich, zwei in Bezug auf die Symmetrie gleiche Elektrodenanschlusselemente 2.3 zu verwenden, um sowohl die Kontaktzone 1.1 als auch die Kontaktzone 1.2 wie in 1 dargestellt mit der jeweiligen Elektrode 2.1, 2.2 elektrisch zu verbinden.
In der Detaildarstellung nach 2 ist der endseitige Bereich einer Nut 1.6 zwischen zwei benachbarten Heizschleifen 1.3a, 1.3b dargestellt. Die Nut 1.6 weist eine Nutachse 1.6a sowie eine Ausnehmung 1.9 auf, die sich quer zur Nutachse 1.6a erstreckt. Durch diese Ausnehmung 1.9 wird an der jeweiligen Heizschleife 1.3a, 1.3b eine Flanke 1.9a, 1.9b erzeugt. Die Flanken 1.9a, 1.9b gewährleisten einen in beide Richtungen der Nutachse (1.6a) wirkenden Formschluss mit dem jeweiligen Abstandselement 3a bis 3c.
Nach Ausführungsbeispiel 3 ist das Heizelement 10 innerhalb eines Abgasrohres 4 angeordnet bzw. montiert. Über die beiden Elektrodenanschlusselemente 2.3, 2.4 sind die Elektroden 2.1, 2.2 nach außen geführt. Die jeweilige Heizschleife 1.3a, 1.3b weist die Ausnehmung 1.9 mit der jeweiligen Flanke 1.9a, 1.9b auf, in der das jeweilige Abstandselement 3a, 3b aufgenommen ist.
Nach Ausführungsbeispiel 4 ist ebenfalls ein als Brücke ausgebildeter Abstandshalter 5 vorgesehen, der ebenfalls entsprechende Abstandselemente 3a - 3c aufweist, die innerhalb der jeweiligen Ausnehmung 1.9 angeordnet sind. Die Abstandselemente 3a - 3c der Brücke 5 werden in axialer Richtung zur Mittelachse 1.4 in die jeweilige Ausnehmung 1.9 gesteckt. Das Elektrodenanschlusselement kann auch ein Teil des Heizwiderstands sein, mithin als ein Bauteil gesintert sein. In diesem Fall können die Abstandselemente wie gemäß 4 ausgeführt ausgebildet sein.
Nach Ausführungsbeispiel 5 weist der runde Heizkörper 1 nur einzelne bzw. separate Abstandselemente 3a - 3c auf in Form von Pins. Der jeweilige Pin 3a - 3c ist in die jeweilige Ausnehmung 1.9 des Heizkörpers 1 eingesetzt.
Im Ausführungsbeispiel 6a, 6b ist eine Wabenstruktur 11 des Heizwiderstands 1 dargestellt. Nach 6a ist die Wabenstruktur 11 aus keramischem Material gebildet und weist eine elektrisch leitende Beschichtung 1.7 auf. Bei Ausführungsbeispiel 6b ist zusätzlich zu der elektrischen Beschichtung 1.7 oder im Falle einer Wabenstruktur aus Metall ergänzend zu dieser Wabenstruktur eine katalytische Beschichtung 1.8 zum katalytischen Reinigen des Abgases vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Heizkörper, Heizwiderstand
1 a: Oberfläche
1.1: Kontaktzone
1.2: Kontaktzone
1.3a: Heizschleife
1.3b: Heizschleife
1.3c: Heizschleife
1.3: Abschnitt oder Schenkel von 1.3a-1.3c
1.4: Mittelachse
1.5: Symmetrieachse
1.6: Nut
1.6a: Nutachse
1.7: elektrische Beschichtung
1.8: katalytische Beschichtung
1.9: Ausnehmung
1.9a: Flanke von 1.3a
1.9b: Flanke von 1.3b
2.1: Elektrode
2.2: Elektrode
2.3: Elektrodenanschlusselement
2.4: Elektrodenanschlusselement
2.5: Kontaktfläche
2.8: Isolationsschicht
3a: Abstandselement
3b: Abstandselement
3c: Abstandselement
4: Abgasrohr
5: Abstandshalter, Brücke
10: Heizelement
11: Wabenstruktur
G: Grundform
K: Klappsymmetrie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 201473545 A1 [0002]

Claims

Heizwiderstand (1) zum Einsetzen in ein Abgasrohr (4), wobei der Heizwiderstand (1) eine Grundform_G mit einer Mittelachse (1.4) aufweist, bei der eine oder mehrere nebeneinander angeordnete Heizschleifen (1.3a, 1.3b, 1.3c) ausgebildet sind, wobei die jeweilige Heizschleife (1.3a, 1.3b) aus zwei benachbarten Abschnitten (1.3) gebildet ist, wobei benachbarte Abschnitte (1.3) eine Nut (1.6) mit einer Nutachse (1.6a) begrenzen, die zur Aufnahme eines Abstandselements (3a, 3b, 3c) dient, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der benachbarten Abschnitte (1.3) ergänzend zu der Nut (1.6) eine Ausnehmung (1.9) mit einer Flanke (1.9a) aufweist, in die das jeweilige Abstandselement (3a, 3b, 3c) einsetzbar ist, wobei das jeweilige Abstandselement (3a, 3b, 3c) mit Bezug zur Nutachse (1.6a) in beide Richtungen in einen Formschluss mit der jeweiligen Flanke (1.9a) bringbar ist.
Heizwiderstand (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Abstandselement (3a, 3b, 3c) und die jeweilige Heizschleife (1.3a, 1.3b, 1.3c) gegeneinander elektrisch isoliert sind, wobei a) die Abstandselemente (3a, 3b, 3c) mehrere gesonderte Bauteile bilden, die jeweils in die Ausnehmung (1.9) einsetzbar sind oder b) zumindest ein Teil der Abstandselemente (3a, 3b, 3c) in Form einer einteiligen Abstandselementbrücke (3) ausgebildet ist, wobei das jeweilige Abstandselement (3a, 3b, 3c) in die jeweilige Ausnehmung (1.9) einsetzbar ist.
Heizwiderstand (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (1.9) eine Querschnittsform F aufweist und das Abstandselement (3a, 3b, 3c) einen Querschnitt Q aufweist, wobei a) die Querschnittsform F einer Teilform des Querschnitts Q entspricht und/oder b) die Querschnittsform F und/oder der Querschnitt Q rund, oval, polygon oder eckig ausgebildet ist.
Heizwiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) das jeweilige Abstandselement (3a, 3b, 3c) in eine Richtung rechtwinklig oder quer zur der Nutachse (1.6a) in die jeweilige Ausnehmung (1.9) einsetzbar ist oder b) das jeweilige Abstandselement (3a, 3b, 3c) in eine Richtung parallel zur Mittelachse (1.4) in die jeweilige Ausnehmung (1.9) einsetzbar ist.
Heizwiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (1) eine keramische oder eine metallische Wabenstruktur (11) aufweist, wobei die keramische Wabenstruktur (11) eine elektrisch leitende Beschichtung (1.7) aufweist und/oder wobei die elektrisch leitende Beschichtung (1.7) oder die metallische Wabenstruktur (11) eine katalytische Beschichtung (1.8) aufweist.
Heizelement (10) mit einem Heizwiderstand (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens einem eingesetzten Abstandselement (3a, 3b, 3c).
System bestehend aus einem Heizelement (10) nach Patentanspruch 6 und zumindest einem Teil einer Abgasanlage in Form eines Abgasrohres (4), wobei der Heizwiderstand (1) innerhalb des Abgasrohres (4) angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Heizelements (10) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass a) das jeweilige Abstandselement (3a, 3b, 3c) in eine Richtung rechtwinklig oder quer zur Nutachse (1.6a) in die jeweilige Ausnehmung (1.9) eingesetzt wird oder b) das jeweilige Abstandselement (3a, 3b, 3c) in eine Richtung parallel zur Mittelachse (1.4) in die jeweilige Ausnehmung (1.9) eingesetzt wird.