EP4540509A1 - Vorrichtung zur erwärmung von in einer abgasleitung strömbaren abgas - Google Patents

Vorrichtung zur erwärmung von in einer abgasleitung strömbaren abgas

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Publication number
EP4540509A1
EP4540509A1 EP23731214.5A EP23731214A EP4540509A1 EP 4540509 A1 EP4540509 A1 EP 4540509A1 EP 23731214 A EP23731214 A EP 23731214A EP 4540509 A1 EP4540509 A1 EP 4540509A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
multilayer film
exhaust gas
metallic
films
heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23731214.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4540509A1 publication Critical patent/EP4540509A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01N3/2825—Ceramics
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device for heating an exhaust gas stream from an exhaust gas source, in particular an internal combustion engine, wherein the exhaust gas stream can flow within an exhaust gas line and the device for heating is arranged within this exhaust gas line, the device having a heating disk which is formed by one of a plurality of foils formed honeycomb body is formed, at least a number of first foils being metallic and structured at least in sections, the foils being stacked on top of one another to form a layer stack and being wound around at least one axis of rotation to form the honeycomb body, the heating disk formed by the honeycomb body having at least one defined electrical conduction path along the first foils, which can be electrically contacted by means of at least one electrical contact.
  • Electrical auxiliary heaters are now used to heat exhaust gas streams in exhaust systems of internal combustion engines in order to increase the exhaust gas temperature to a predetermined minimum value as quickly as possible. Reaching a system-dependent minimum temperature is necessary to ensure the correct functioning of the catalytic converters intended for exhaust gas aftertreatment.
  • the complete chemical conversion of the exhaust gas on the catalytic converter only takes place at a so-called light-off temperature. This light-off temperature must be reached particularly quickly, especially after a cold start, in order to ensure that the exhaust gas is converted in accordance with the legal regulations for exhaust gas aftertreatment.
  • a design of such electric auxiliary heaters known from the prior art is a heating disk formed from a honeycomb body.
  • the heating disk is preferably formed from a stack of layers which is wound into a honeycomb body.
  • the individual layers of the heating disk are spaced apart from one another by means of air gaps. These air gaps are usually a few millimeters wide in order to prevent unwanted contact with the layers during operation.
  • a particular disadvantage of the devices in the prior art is that the production and creation of these air gaps is very complex and time-consuming, particularly in the case of honeycomb bodies of larger diameter. Furthermore, the air gaps represent a type of flow bypass for the exhaust gas. Therefore, a certain proportion of the exhaust gas always flows past the heated structure of the heating disk, which means that the heating is not optimal. In addition, the conversion of the exhaust gas on the heating disk itself, which acts as a catalyst, is reduced.
  • the heating disk has less stability and is therefore particularly susceptible to natural vibrations, which can lead to contact between the layers or destruction of the heating disk.
  • a large number of support pins are used to support the heating disk against a support structure, for example an upstream or downstream catalytic converter. These support pins significantly increase system costs and are an additional source of errors.
  • vibrations can be transmitted from the support structure to the heating disk via the support pins, which can damage it or cause a short circuit.
  • a cost reduction in production should be achieved
  • the natural frequency of the heating disk should be increased, the exhaust gas conversion should be improved due to the absence of the flow bypass and production should be simplified.
  • An exemplary embodiment of the invention relates to a device for heating an exhaust gas flow from an exhaust gas source, in particular an internal combustion engine, wherein the exhaust gas flow can flow within an exhaust gas line and the device for heating is arranged within this exhaust gas line, the device having a heating disk which is provided by one of a plurality honeycomb body formed by foils, at least a number of first foils being metallic and structured at least in sections, the foils being stacked on top of one another to form a layer stack and being wound around at least one axis of rotation to form the honeycomb body, the heating disk formed by the honeycomb body having at least one defined one electrical conduction path forms along the first foils, which can be electrically contacted by means of at least one electrical contact, at least one of the foils being formed by a multilayer foil, the multilayer foil having alternating metallic and ceramic layers.
  • the films of the honeycomb body can preferably be completely smooth, partially structured or completely structured.
  • the structured sections can have corrugations of different amplitudes and corrugation frequencies. Corrugated films with a high corrugation height, so-called macrostructuring, can be used, and corrugated films with comparatively lower corrugation heights, so-called microstructuring.
  • Stacking smooth or microstructured films and macrostructured films on top of each other creates a honeycomb pattern, with flow channels being formed between the films adjacent to each other.
  • a honeycomb body is created, which has two in Has essentially smooth end faces, wherein the flow channels run from one end face to the other and can be flowed through along a main flow direction.
  • the individual foils of the honeycomb body are preferably permanently connected to one another after being wound up and, if necessary, after being inserted into a jacket, for example by soldering.
  • a solder material is applied using suitable methods, which is melted in a soldering oven and a durable connection is created.
  • a multilayer film is characterized in that it is formed from a plurality of layers.
  • the multilayer film preferably has five layers.
  • a metallic layer for example a metal foil or a fabric, is arranged centrally. This is covered with a ceramic layer on both sides. The ceramic layer serves to electrically insulate the metallic layers arranged adjacent to one another.
  • the ceramic layers are followed on both sides by metallic layers. These then form the outer surfaces of the multilayer film that are visible to the outside.
  • the metallic outer layer is particularly advantageous because it can be used to connect to adjacent foils of the honeycomb body.
  • the multilayer film can be easily connected to the purely metallic films using the same work step as the other films.
  • the central metallic layer gives the multilayer film the necessary stability, whereby the multilayer film is preferably designed so flexible that very small bending radii, preferably approx. 1 mm, can be achieved.
  • the ceramic layers ensure electrical insulation, so that unwanted electrical conduction across the multilayer film is effectively prevented.
  • the outer metallic layers represent the contact layers through which the multilayer film can be connected to the other films.
  • the multilayer film can be formed from only three layers, with a central ceramic layer being provided and each being followed by a metallic layer.
  • Alternative configurations can, for example, also have seven or nine layers, as long as the basic concept of at least one ceramic layer in the center and one metallic layer as outer layers is maintained.
  • the layer stack consisting of the metallic foils and the multilayer foil can easily be wound into a honeycomb body.
  • the multilayer film ensures that the honeycomb body has layers that are electrically insulated from one another and form a current path running from an introduction point to a discharge point. The usual air gap in the heating pane is eliminated and is no longer necessary due to the use of the multilayer film.
  • the multilayer film has five individual layers, the multilayer film having a metallic core which is covered on both sides with a ceramic layer, with the ceramic layer being followed by a further metallic layer.
  • Five layers are advantageous because a central metallic layer is provided to create the stability of the multilayer film.
  • the multilayer film is smooth and is arranged between two adjacent, at least partially structured, first films.
  • the multilayer film can function as a smooth film and can in particular be arranged between two at least partially structured films. It is also conceivable that a macrostructured film is arranged on one side and a microstructured film is arranged on the other side.
  • a preferred exemplary embodiment is characterized in that the multilayer film is at least partially structured, in particular corrugated, and is arranged between two smooth first films.
  • the multilayer film has technical properties that also allow it to be corrugated and to form a microstructure or a macrostructure. The multilayer film can therefore be arranged in the layer stack instead of any other film used.
  • the layer stack has two multilayer foils, which are spaced apart from one another by at least a first metallic foil.
  • a plurality of multilayer films is particularly advantageous because it can double the insulation effect.
  • the two multilayer films can, for example, be arranged at a distance from one another in the layer stack using a structured film. It is also possible to create several independent electrical conductor paths by using several multilayer films.
  • the multilayer film is permanently connected to the directly adjacent first films in the honeycomb body at its metallic layers forming the outer sides.
  • the durable connection is to be created using a soldering process, since this allows the connection of the metallic foils to one another and the multilayer foil to the metallic foils to be created in one operation.
  • the device additionally has a supporting catalyst formed by a honeycomb body, against which the heating disk is supported, the supporting catalyst being formed by stacking and winding several films on top of one another, the supporting catalyst having at least one multilayer film which extends along the main flow direction one of the end faces of the supporting catalytic converter protrudes.
  • the Heating disk is preferably supported in an electrically insulated manner relative to a support structure, such as another honeycomb body.
  • the honeycomb body serving as a supporting catalyst can have at least one multilayer film, which, however, in contrast to the remaining metallic foils, has a longer extension along the main flow direction of the honeycomb body and thus protrudes beyond the end face delimiting the flow channels at least on one side.
  • This protruding multilayer film is then preferably part of the layer stack that forms the heating disk. If the supporting catalytic converter and the heating disk have an identical or at least very similar structure, in particular with regard to the number of layers and type of winding, both honeycomb bodies can be wound up in a common operation and then soldered.
  • the multilayer film thus assumes the supporting function from the heating disk to the supporting catalytic converter and at the same time also the electrical insulation of the electrical conduction path of the heating disk itself and the electrical insulation of the heating disk from the supporting catalytic converter.
  • the multilayer film protruding beyond the end face of the supporting catalyst is also part of the layer stack of the honeycomb body forming the heating disk.
  • the heating disk and the supporting catalytic converter are firmly connected to one another and are electrically insulated from one another in a suitable manner.
  • the heating disk is fixed and spaced apart from the supporting catalyst by means of the multilayer film which projects beyond the supporting catalyst.
  • the multilayer film of the supporting catalyst has five layers, the middle layer being a metallic layer which has a ceramic layer on both sides, with each ceramic layer being followed by a metallic layer.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a multilayer film according to the invention, the multilayer film being shown once as a smooth film and once as a structured film,
  • FIG. 3 shows a view of a layer stack with a corrugated multilayer film
  • Fig. 4 is a view of a layer stack with a smooth multilayer film
  • FIG 5 shows a sectional view through a supporting catalytic converter with multilayer films protruding along the flow direction, with a heating disk also being shown at a distance from the supporting catalytic converter.
  • Figure 1 shows in the upper area a multilayer film 1, which is formed from five layers.
  • the multilayer film 1 is smooth in the upper area of Figure 1.
  • a multilayer film 2 is shown, which is structured, in particular corrugated.
  • Both multilayer films 1, 2 have five layers, with the central layer 3 being metallic and the two adjacent layers 4, 5 being ceramic.
  • the respective outer layers 6, 7 are in turn made of metal.
  • FIG. 2 shows a sectional view through a heating disk 8, the heating disk 8 being formed from several metallic foils 9, 10.
  • Two multilayer foils 1 are arranged within the heating disk, the outer layers 6, 7 of the multilayer foil 1 being in contact with the adjacent metallic foils 9, 10 and being permanently connected to one another.
  • the two multilayer films 1 are spaced apart from one another by a corrugated metallic film 9.
  • the heating disk shown in Figure 2 is made up of coarsely structured (macrostructured) films 9 and finely structured (microstructured) films 10.
  • FIG 3 shows a section through an alternative heating disk 11, the heating disk 11 also being formed from macrostructured films 9 and microstructured films 10.
  • the heating disk 11 has a multilayer film 2, which is arranged between two microstructured films 10.
  • FIG 4 shows a further alternative heating disk 12, the heating disk 12 also being formed from macrostructured films 9 and microstructured films 10.
  • the heating disk 12 has a multilayer film 1, which is arranged between two microstructured films 10.
  • Figure 5 shows a section through a supporting catalyst 13, which is formed from a wound stack of layers. Above the supporting catalytic converter 13, a heating disk 14 is shown, which is also formed from a wound stack of layers.
  • the supporting catalyst 13 has a corrugated multilayer film
  • the supporting catalyst 13 has a smooth multilayer film 16, which also protrudes beyond the upper end face.
  • the supporting catalyst shown in Figure 5 is an example and the different multilayer films 15, 16 are intended to make it clear that both smooth and corrugated multilayer films are possible.
  • the supporting catalytic converter 13 and the multilayer films protruding beyond the end face would be uniform over the entire cross section.
  • the two-part view of Figure 5 serves to illustrate the different design options.
  • FIGS. 1 to 5 in particular do not have a restrictive character and serve to illustrate the idea of the invention.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstromes einer Abgasquelle, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Abgasstrom innerhalb einer Abgasleitung strömbar ist und die Vorrichtung zur Erwärmung innerhalb dieser Abgasleitung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Heizscheibe (8, 11, 12, 14) aufweist, welche durch einen aus einer Mehrzahl von Folien (1, 2, 9, 10, 15, 16) gebildeten Wabenkörper gebildet ist, wobei zumindest eine Anzahl erster Folien (9, 10) metallisch ist und zumindest abschnittsweise strukturiert ist, wobei die Folien (1, 2, 9, 10, 15, 16) zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelt sind und um zumindest eine Drehachse zu dem Wabenkörper aufgewickelt sind, wobei die durch den Wabenkörper gebildete Heizscheibe (8, 11, 12, 14) zumindest einen definierten elektrischen Leitungspfad entlang der ersten Folien (9, 10) ausbildet, der mittels zumindest einer elektrischen Kontaktierung elektrisch kontaktierbar ist, wobei zumindest eine der Folien durch eine Multilayerfolie (1, 2, 15, 16) gebildet ist, wobei die Multilayerfolie (1, 2, 15, 16) abwechselnd metallische (3, 6, 7) und keramische Schichten (4, 5) aufweist.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Erwärmung von in einer Abgasleitung strömbaren Abgas
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstromes einer Abgasquelle, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Abgasstrom innerhalb einer Abgasleitung strömbar ist und die Vorrichtung zur Erwärmung innerhalb dieser Abgasleitung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Heizscheibe aufweist, welche durch einen aus einer Mehrzahl von Folien gebildeten Wabenkörper gebildet ist, wobei zumindest eine Anzahl erster Folien metallisch ist und zumindest abschnittsweise strukturiert ist, wobei die Folien zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelt sind und um zumindest eine Drehachse zu dem Wabenkörper aufgewickelt sind, wobei die durch den Wabenkörper gebildete Heizscheibe zumindest einen definierten elektrischen Leitungspfad entlang der ersten Folien ausbildet, der mittels zumindest einer elektrischen Kontaktierung elektrisch kontaktierbar ist.
Stand der Technik
Zur Beheizung von Abgasströmen in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen werden heutzutage elektrische Zuheizer eingesetzt, um die Abgastemperatur möglichst schnell auf einen vorgegebenen Mindestwert zu erhöhen. Das Erreichen einer systemabhängigen Mindesttemperatur ist notwendig, um das korrekte Funktionieren der zur Abgasnachbehandlung vorgesehenen Katalysatoren zu gewährleisten. Je nach Aufbau findet die vollständige chemische Umwandlung des Abgases am Katalysator erst ab einer sogenannten Light-Off Temperatur statt. Diese Light-Off Temperatur muss insbesondere nach einem Kaltstart besonders schnell erreicht werden, um sicherzustellen, dass eine den gesetzlichen Vorschriften zur Abgasnachbehandlung genügende Umwandlung des Abgases stattfindet. Eine im Stand der Technik bekannte Bauform solcher elektrischen Zuheizer ist eine aus einem Wabenkörper gebildete Heizscheibe. Die Heizscheibe ist bevorzugt aus einem Lagenstapel gebildet, welcher zu einem Wabenkörper aufgewickelt ist. Um einen eindeutigen Strompfad zu erzeugen, sind die einzelnen Lagen der Heizscheibe mittels Luftspalten zueinander beabstandet. Diese Luftspalte sind regelmäßig einige Millimeter breit, um auch im Betrieb ein ungewolltes Berühren der Lagen zu verhindern.
Nachteilig an den Vorrichtungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass das Herstellen und Erzeugen dieser Luftspalte insbesondere bei Wabenkörpern größeren Durchmessers sehr komplex und aufwändig ist. Weiterhin stellen die Luftspalte eine Art Strömungsbypass für das Abgas dar. Daher strömt immer ein gewisser Anteil des Abgases an der beheizten Struktur der Heizscheibe vorbei, wodurch die Aufheizung nicht optimal ist. Außerdem ist die Umwandlung des Abgases an der als Katalysator wirkenden Heizscheibe selbst reduziert.
Weiterhin nachteilig an den in der Heizscheibe ausgebildeten Luftspalten ist die Tatsache, dass dadurch die Heizscheibe weniger Stabilität aufweist und somit insbesondere anfällig für Eigenschwingungen ist, welche zu einem Berühren der Lagen oder zur Zerstörung der Heizscheibe führen können. Um dem vorzubeugen wird eine Vielzahl von Stützstiften verwendet, um die Heizscheibe gegenüber einer Stützstruktur, beispielsweise einem vorgelagerten oder nachgelagerten Katalysator abzustützen. Diese Stützstifte erhöhen die Systemkosten wesentlich und sind eine zusätzliche Fehlerquelle. Weiterhin können über die Stützstifte Schwingungen von der Stützstruktur auf die Heizscheibe übertragen werden, wodurch diese beschädigt werden kann oder ein Kurzschluss erzeugt werden kann.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Heizscheibe zur Beheizung eines Abgasstromes zu schaffen, welche keine offenen Luftspalte aufweist und somit die bekannten Schwachstellen bisher bekannter Heizscheiben eliminiert. Insbesondere soll eine Kostenreduktion bei der Herstellung erreicht werden, die Eigenfrequenz der Heizscheibe soll erhöht werden, die Abgasumwandlung durch das Fehlen des Strömungsbypasses soll verbessert werden und die Fertigung soll vereinfacht werden.
Die Aufgabe hinsichtlich der Heizscheibe wird durch eine Heizscheibe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstromes einer Abgasquelle, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Abgasstrom innerhalb einer Abgasleitung strömbar ist und die Vorrichtung zur Erwärmung innerhalb dieser Abgasleitung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Heizscheibe aufweist, welche durch einen aus einer Mehrzahl von Folien gebildeten Wabenkörper gebildet ist, wobei zumindest eine Anzahl erster Folien metallisch ist und zumindest abschnittsweise strukturiert ist, wobei die Folien zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelt sind und um zumindest eine Drehachse zu dem Wabenkörper aufgewickelt sind, wobei die durch den Wabenkörper gebildete Heizscheibe zumindest einen definierten elektrischen Leitungspfad entlang der ersten Folien ausbildet, der mittels zumindest einer elektrischen Kontaktierung elektrisch kontaktierbar ist, wobei zumindest eine der Folien durch eine Multilayerfolie gebildet ist, wobei die Multilayerfolie abwechselnd metallische und keramische Schichten aufweist.
Die Folien des Wabenkörpers können bevorzugt vollständig glatt, teilweise strukturiert oder vollständig strukturiert sein. Insbesondere die strukturierten Abschnitte können Wellungen unterschiedlicher Amplitude und Wellfrequenz aufweisen. So können gewellte Folien mit einer hohen Wellhöhe, sogenannten Makrostrukturierungen, verwendet werden, und gewellte Folien mit im Vergleich geringeren Wellhöhen, sogenannten Mikrostrukturierungen.
Das Aufeinanderstapeln von glatten beziehungsweise mikrostrukturierten Folien und makrostrukturierten Folien erzeugt ein Wabenmuster, wobei Strömungskanäle zwischen den jeweils zueinander benachbarten Folien ausgebildet werden. Durch das Aufwickeln des Lagenstapels wird ein Wabenkörper erzeugt, welcher zwei im Wesentlichen glatte Stirnseiten aufweist, wobei die Strömungskanäle von einer zur andren Stirnseite verlaufen und entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmt werden können.
Die einzelnen Folien des Wabenkörpers werden bevorzugt nach dem Aufwickeln und gegebenenfalls nach dem Einsetzen in einen Mantel dauerhaltbar miteinander verbunden, beispielsweise durch Löten. Hierzu wird über geeignete Verfahren ein Lotmaterial aufgebracht, welches in einem Lötofen aufgeschmolzen wird und so eine dauerhaltbare Verbindung erzeugt wird.
Eine Multilayerfolie ist dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet ist. Im erfindungsgemäßen Fall weist die Multilayerfolie bevorzugt fünf Schichten auf. Zentral ist eine metallische Schicht, beispielweise eine Metallfolie oder ein Gewebe, angeordnet. Diese ist beidseitig mit einer keramischen Schicht beaufschlagt. Die keramische Schicht dient der elektrischen Isolation der zueinander benachbart angeordneten metallischen Schichten.
Auf die keramischen Schichten folgen beidseitig metallische Schichten. Diese bilden dann die nach außen sichtbaren Außenflächen der Multilayerfolie. Die metallische Außenschicht ist besonders vorteilhaft, da hierüber eine Anbindung an benachbarte Folien des Wabenkörpers erreicht werden kann. Die Multilayerfolie kann auf einfache Weise über denselben Arbeitsschritt wie die übrigen Folien mit den rein metallischen Folien verbunden werden.
Die zentrale metallische Lage gibt der Multilayerfolie die nötige Stabilität, wobei die Multilayerfolie bevorzugt noch so flexibel gestaltet ist, dass sehr kleine Biegeradien, bevorzugt ca. 1 mm, dargestellt werden können. Die keramischen Schichten stellen die elektrische Isolation sicher, so dass eine ungewollte elektrische Leitung über die Multilayerfolie hinweg wirksam verhindert ist.
Die äußeren metallischen Schichten stellen die Kontaktschichten dar, über welche die Multilayerfolie an die übrigen Folien angebunden werden kann. Die Multilayerfolie kann im einfachsten Fall aus nur drei Schichten gebildet sein, wobei eine zentrale keramische Schicht vorgesehen ist und sich jeweils eine metallische Schicht daran anschließt. Alternative Ausgestaltungen können beispielsweise auch sieben oder neun Schichten aufweisen, solange das Grundkonzept mindestens einer keramischen Schicht im Zentrum und jeweils einer metallischen Schicht als Außenlagen gewahrt wird.
Der Lagenstapel bestehend aus den metallischen Folien und der Multilayerfolie kann auf einfache Weise zu einem Wabenköper aufgewickelt werden. Durch die Multilayerfolie ist sichergestellt, dass der Wabenkörper zueinander elektrisch isolierte Lagen aufweist, die einen von einer Einleitungsstelle hin zu einer Ausleitungsstelle verlaufenden Strompfad bilden. Der sonst übliche Luftspalt in der Heizscheibe entfällt und ist aufgrund der Verwendung der Multilayerfolie nicht mehr notwendig.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Multilayerfolie fünf Einzelschichten aufweist, wobei die Multilayerfolie einen metallischen Kem aufweist, welcher beidseitig mit einer keramischen Schicht belegt ist, wobei sich an die keramische Schicht eine weitere metallische Schicht anschließt.
Fünf Schichten sind vorteilhaft, da somit eine zentrale metallische Schicht zur Erzeugung der Stabilität der Multilayerfolie vorgesehen ist. Beidseitig zwei keramische Schichten zur elektrischen Isolation und wiederum beidseitig zwei metallische Schichten zur Anbindung der Multilayerfolie an die restlichen Folien des Lagenstapels.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Multilayerfolie glatt ausgebildet ist und zwischen zwei zueinander benachbarten zumindest teilweise strukturierten ersten Folien angeordnet ist. Die Multilayerfolie kann als eine glatte Folie fungieren und insbesondre zwischen zwei zumindest teilweise strukturierten Folien angeordnet werden. Auch ist es vorsehbar, dass einseitig eine makrostrukturierte Folie angeordnet ist und auf der andren Seite eine mikrostrukturierte Folie angeordnet ist. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Multilayerfolie zumindest teilweise strukturiert ausgebildet ist, insbesondere gewellt ist, und zwischen zwei glatten ersten Folien angeordnet ist. Die Multilayerfolie weist technische Eigenschaften auf, die es auch erlauben sie zu wellen und eine Mikrostruktur oder eine Makrostruktur einzuformen. Die Multilayerfolie kann somit anstelle jeder anderen verwendeten Folie im Lagenstapel angeordnet werden.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn der Lagenstapel zwei Multilayerfolien aufweist, welche zueinander durch zumindest eine erste metallische Folie beabstandet sind.
Eine Mehrzahl an Multilayerfolien ist besonders vorteilhaft, da dadurch die Isolationswirkung verdoppelt werden kann. Die beiden Multilayerfolien können beispielsweise durch eine strukturierte Folie zueinander beabstandet im Lagenstapel angeordnet sein. Auch ist es vorsehbar durch die Verwendung mehrere Multilayerfolien mehrere voneinander unabhängige elektrische Leiterpfade zu erzeugen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Multilayerfolie an ihren die Außenseiten bildenden metallischen Schichten mit den direkt benachbarten ersten Folien im Wabenkörper dauerhaltbar verbunden ist. Insbesondere ist die dauerhaltbare Verbindung über ein Lötverfahren zu erzeugen, da dadurch die Verbindung der metallischen Folien untereinander und der Multilayerfolie mit den metallischen Folien in einem Arbeitsgang erzeugt werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zusätzlich einen durch einen Wabenkörper gebildeten Stützkatalysator aufweist, gegenüber welchem die Heizscheibe abgestützt ist, wobei der Stützkatalysator durch das Aufeinanderstapeln und Aufwickeln mehrerer Folien gebildet ist, wobei der Stützkatalysator zumindest eine Multilayerfolie aufweist, welche entlang der Hauptdurchströmungsrichtung über eine der Stirnseiten des Stützkatalysators hinausragt.
Um die Heizscheibe vorteilhaft in der Abgasleitung zu positionieren und insbesondere eine elektrische Kontaktierung anderer Elemente zu verhindern, kann die Heizscheibe bevorzugt elektrisch isoliert gegenüber einer Stützstruktur, wie beispielsweise einem anderen Wabenkörper, abgestützt werden.
Erfindungsgemäß kann hierfür der als Stützkatalysator dienende Wabenkörper zumindest eine Multilayerfolie aufweisen, die jedoch im Gegensatz zu den restlichen metallischen Folien eine längere Erstreckung entlang der Hauptdurchströmungsrichtung des Wabenkörper aufweist und somit über die die Strömungskanäle begrenzenden Stirnfläche zumindest auf einer Seite übersteht.
Diese überstehende Multilayerfolie ist dann bevorzugt Teil des Lagenstapels, der die Heizscheibe bildet. Sofern der Stützkatalysator und die Heizscheibe einen identischen oder zumindest sehr ähnlichen Aufbau aufweisen, insbesondere hinsichtlich Lagenanzahl und Wicklungsart, können beide Wabenkörper in einem gemeinsamen Arbeitsgang aufgewickelt und anschließend verlötet werden.
Die Multilayerfolie übernimmt damit die Abstützfunktion von Heizscheibe zu Stützkatalysator und gleichzeitig auch die elektrische Isolation des elektrischen Leitungspfades der Heizscheibe an sich und die elektrische Isolation der Heizscheibe von dem Stützkatalysator.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die über die Stirnfläche des Stützkatalysators hinausragende Multilayerfolie auch Teil des Lagenstapels des die Heizscheibe bildenden Wabenkörpers ist. Auf diese Weise sind Heizscheibe und Stützkatalysator fest miteinander verbunden und in geeigneter Weise elektrisch zueinander isoliert.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Heizscheibe mittels der über den Stützkatalysator hinausragenden Multilayerfolie gegenüber dem Stützkatalysator fixiert und beabstandet ist.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Multilayerfolie des Stützkatalysators fünf Schichten aufweist, wobei die mittlere Schicht eine metallische Lage ist, welche beidseitig jeweils eine keramische Schicht aufweist, wobei auf die keramischen Schichten jeweils eine metallische Schicht folgt. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Multilayerfolie, wobei die Multilayerfolie einmal als glatte Folie und einmal als strukturierte Folie gezeigt ist,
Fig. 2 eine Ansicht eines Lagenstapels mit zwei Multilayerfolien,
Fig. 3 eine Ansicht eines Lagenstapels mit einer gewellten Multilayerfolie,
Fig. 4 eine Ansicht eines Lagenstapels mit einer glatten Multilayerfolie, und
Fig. 5 eine Schnittansicht durch eine Stützkatalysator mit entlang der Strömungsrichtung überstehenden Multilayerfolien, wobei beabstandet zum Stützkatalysator auch eine Heizscheibe dargestellt ist.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt im oberen Bereich eine Multilayerfolie 1 , welche aus fünf Schichten gebildet ist. Die Multilayerfolie 1 ist im oberen Bereich der Figur 1 glatt ausgebildet. Im unteren Bereich der Figur 1 ist eine Multilayerfolie 2 gezeigt, welche strukturiert, insbesondere gewellt, ist. Beide Multilayerfolien 1 , 2 weisen fünf Schichten auf, wobei bei die zentrale Schicht 3 metallisch ist und die beiden angrenzenden Schichten 4, 5 keramisch sind. Die jeweils äußeren Schichten 6, 7 sind wiederum metallisch ausgebildet.
Figur 2 zeigt eine Schnittansicht durch eine Heizscheibe 8, wobei die Heizscheibe 8 aus mehreren metallischen Folien 9, 10 gebildet ist. Innerhalb der Heizscheibe sind zwei Multilayerfolien 1 angeordnet, wobei die äußeren Schichten 6, 7 der Multilay- erfolie 1 mit den jeweils angrenzenden metallischen Folien 9, 10 in Kontakt stehen und dauerhaltbar miteinander verbunden sind.
Die beiden Multilayerfolien 1 sind durch eine gewellte metallische Folie 9 zueinander beabstandet. Die in Figur 2 gezeigte Heizscheibe ist aus grob strukturierten (makrostrukturierten) Folien 9 und fein strukturierten (mikrostrukturierten) Folien 10 aufgebaut.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch eine alternative Heizscheibe 11 , wobei die Heizscheibe 11 ebenfalls aus makrostrukturierten Folien 9 und mikrostrukturierten Folien 10 gebildet ist. Die Heizscheibe 11 weist eine Multilayerfolie 2 auf, welche zwischen zwei mikrostrukturierten Folien 10 angeordnet ist.
Figur 4 zeigt eine weitere alternative Heizscheibe 12, wobei die Heizscheibe 12 ebenfalls aus makrostrukturierten Folien 9 und mikrostrukturierten Folien 10 gebildet ist. Die Heizscheibe 12 weist eine Multilayerfolie 1 auf, welche zwischen zwei mikrostrukturierten Folien 10 angeordnet ist.
Figur 5 zeigt einen Schnitt durch einen Stützkatalysator 13, der aus einem aufgewickelten Lagenstapel gebildet ist. Oberhalb des Stützkatalysators 13 ist eine Heizscheibe 14 abgebildet, welche ebenfalls aus einem aufgewickelten Lagenstapel gebildet ist.
Im linken Teil der Figur 5 weist der Stützkatalysator 13 eine gewellte Multilayerfolie
15 auf, die über die obere Stirnseite des Stützkatalysators 13 hinaussteht. Im rechten Teil weist der Stützkatalysator 13 eine glatte Multilayerfolie 16 auf, die ebenfalls über die obere Stirnseite hinaussteht. Der in Figur 5 gezeigte Stützkatalysator ist beispielhaft und die unterschiedlichen Multilayerfolien 15, 16 sollen verdeutlichen, dass sowohl glatte als auch gewellte Multilayerfolien möglich sind. In einer realen Ausführung wären der Stützkatalysator 13 und die über die Stirnseite hinausragenden Multilayerfolien über den gesamten Querschnitt hinweg einheitlich ausgebildet. Die zweigeteilte Ansicht der Figur 5 dient zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 5 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
Bezugszeichenliste
1. Multilayerfolie glatt
2. Multilayerfolie gewellt
3. Zentrale Metallschicht
4. keramische Schicht
5. keramische Schicht
6. Metallschicht
7. Metallschicht
8. Heizscheibe
9. Makrostrukturierte Folie
10. Mikrostrukturierte Folie
11 . Heizscheibe
12. Heizscheibe
13. Stützkatalysator
14. Heizscheibe
15. gewellte Multilayerfolie
16. glatte Multilayerfolie

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Erwärmung eines Abgasstromes einer Abgasquelle, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Abgasstrom innerhalb einer Abgasleitung strömbar ist und die Vorrichtung zur Erwärmung innerhalb dieser Abgasleitung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Heizscheibe (8,
11, 12, 14) aufweist, welche durch einen aus einer Mehrzahl von Folien (1,2,9, 10, 15, 16) gebildeten Wabenkörper gebildet ist, wobei zumindest eine Anzahl erster Folien (9, 10) metallisch ist und zumindest abschnittsweise strukturiert ist, wobei die Folien (1, 2, 9, 10, 15, 16) zu einem Lagenstapel aufeinandergestapelt sind und um zumindest eine Drehachse zu dem Wabenkörper aufgewickelt sind, wobei die durch den Wabenkörper gebildete Heizscheibe (8, 11,
12, 14) zumindest einen definierten elektrischen Leitungspfad entlang der ersten Folien (9, 10) ausbildet, der mittels zumindest einer elektrischen Kontaktierung elektrisch kontaktierbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zumindest eine der Folien durch eine Multilayerfolie (1, 2, 15, 16) gebildet ist, wobei die Multilayerfolie (1, 2, 15, 16) abwechselnd metallische (3, 6, 7) und keramische Schichten (4, 5) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Multilayerfolie (1, 2, 15, 16) fünf Einzelschichten (3, 4, 5, 6, 7) aufweist, wobei die Multilayerfolie (1, 2, 15, 16) einen metallischen Kem (3) aufweist, welcher beidseitig mit einer keramischen Schicht (4, 5) belegt ist, wobei sich an die keramische Schicht (4, 5) eine weitere metallische Schicht (6, 7) anschließt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Multilayerfolie (1, 16) glatt ausgebildet ist und zwischen zwei zueinander benachbarten zumindest teilweise strukturierten ersten Folien (9, 10) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Multilayerfolie (2, 15) zumindest teilweise strukturiert ausgebildet ist, insbesondere gewellt ist, und zwischen zwei glatten ersten Folien angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Lagenstapel zwei Multilayerfolien (1) aufweist, welche zueinander durch zumindest eine erste metallische Folie (9) beabstandet sind. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Multilayerfolie (1, 2, 15, 16) an ihren die Außenseiten bildenden metallischen Schichten (7, 8) mit den direkt benachbarten ersten Folien (9, 10) im Wabenkörper dauerhaltbar verbunden ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zusätzlich einen durch einen Wabenkörper gebildet Stützkatalysator (13) aufweist, gegenüber welchem die Heizscheibe (14) abgestützt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stützkatalysator (13) durch das Aufeinanderstapeln und Aufwickeln mehrerer Folien gebildet ist, wobei der Stützkatalysator (13) zumindest eine Multilayerfolie (15, 16) aufweist, welche entlang der Hauptdurchströmungsrichtung über eine der Stirnseiten des Stützkatalysators (13) hinausragt. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wobei die über die Stirnfläche des Stützkatalysators (13) hinausragende Multilayerfolie (15, 16) auch Teil des Lagenstapels des die Heizscheibe (14) bildenden Wabenkörpers ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Heizscheibe (14) mittels der über den Stützkatalysator (13) hinausragenden Multilayerfolie (15, 16) gegenüber dem Stützkatalysator (13) fixiert und beabstandet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Multilayerfolie (15, 16) des Stütz- Katalysators fünf Schichten aufweist, wobei die mittlere Schicht eine metallische Lage ist, welche beidseitig jeweils eine keramische Schicht aufweist, wobei auf die keramischen Schichten jeweils eine metallische Schicht folgt.
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