EP4619625A1 - Stützstruktur für eine heizmatrix - Google Patents

Stützstruktur für eine heizmatrix

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Publication number
EP4619625A1
EP4619625A1 EP23809509.5A EP23809509A EP4619625A1 EP 4619625 A1 EP4619625 A1 EP 4619625A1 EP 23809509 A EP23809509 A EP 23809509A EP 4619625 A1 EP4619625 A1 EP 4619625A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support structure
heating matrix
coupling
coupling element
elements
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
EP23809509.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
Alexander MÖSELER
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 EP4619625A1 publication Critical patent/EP4619625A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/22—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by welding or brazing

Definitions

  • the invention relates to a support structure for positioning a heating matrix in an exhaust gas path spatially delimited by a housing, wherein the heating matrix is formed by a honeycomb body which has a plurality of flow channels through which flow can take place along a main flow direction, wherein the heating matrix is supported by the support structure relative to the inner surface of the housing and the matrix is fixed relative to the support structure by means of a plurality of coupling elements, wherein the coupling elements are inserted into individual cells of the heating matrix formed by the flow channels and are permanently connected to them.
  • the invention also relates to a method for connecting a support structure to a heating matrix.
  • Electric heating elements are now regularly used to heat exhaust gases in an exhaust system downstream of a combustion engine or the exhaust gases flowing in an exhaust system.
  • the aim here is to reach a temperature threshold more quickly, at which an effective conversion of the pollutants carried in the exhaust gas can take place. This is necessary because the catalytically active surfaces of the catalysts installed in the exhaust system used for exhaust gas aftertreatment only allow sufficient conversion of the respective pollutants at a minimum temperature, the so-called light-off temperature.
  • heating catalysts which have a metallic structure connected to a voltage source or a metallically coated ceramic structure which can be heated by utilizing the ohmic resistance.
  • the heatable metallic structures can, for example, consist of a honeycomb body made from metal foils.
  • a plurality of smooth and/or at least partially structured metal foils are stacked on top of one another and wound around at least one pivot point to form a honeycomb body.
  • the matrix formed from the metal foils can be electrically contacted and heated using the ohmic resistance.
  • the matrix must be arranged in an exhaust gas line and be located upstream or downstream of a catalyst designed for exhaust gas aftertreatment in the flow direction of the exhaust gas.
  • a support In order to position the matrix in the exhaust system and to support it in particular against mechanical and thermal loads, a support must be provided which can withstand in particular the high thermal cycling loads and also the strong and irregular mechanical loads which occur in an exhaust system, in particular the exhaust system of a motor vehicle.
  • connection between the support structure and the heating matrix is achieved via a number of coupling elements. Since all components are subject to certain manufacturing tolerances due to production, tolerance compensation must be created in order to enable stress-free assembly. A particular disadvantage of the known solutions in the prior art is that the tolerance compensation of the known coupling elements is not sufficient.
  • the object of the present invention is to provide a support structure for a heating matrix which has advantageous coupling elements that allow sufficient tolerance compensation. Furthermore, the object of the invention is to provide a method for connecting the support structure to the heating matrix. The object with regard to the support structure is achieved by a support structure having the features of claim 1.
  • One embodiment of the invention relates to a support structure for positioning a heating matrix in an exhaust gas path spatially delimited by a housing, wherein the heating matrix is formed by a honeycomb body which has a plurality of flow channels through which flow can take place along a main flow direction, wherein the heating matrix is supported by the support structure relative to the inner surface of the housing and the matrix is fixed relative to the support structure by means of a plurality of coupling elements, wherein the coupling elements are inserted into individual cells of the heating matrix formed by the flow channels and are permanently connected to them, wherein the respective free end of a coupling element is directly or indirectly connected to the support structure, wherein a tolerance compensation element is provided in each case which compensates for a positional tolerance of the coupling element in at least two spatial directions.
  • Tolerance compensation is necessary because all components are subject to tolerances due to production. Compensation is therefore essential for precise assembly. In addition to the production-related tolerances, a tolerance arises because the coupling elements have to be inserted into cells of the honeycomb body. Slight deviations can sometimes occur here; in addition, a coupling element can deviate slightly from its basic position due to a shape tolerance of the honeycomb body.
  • tolerance compensation is provided in the area of the connection of the coupling element to the support structure, since the connection to the honeycomb body offers practically no compensation options.
  • the coupling element which can be formed, for example, by a support pin known in the prior art, or, depending on the need for electrical insulation, can also be formed by a simple metal pin, can be connected directly to the support structure or using an intermediate element.
  • the third spatial direction runs as a surface normal to this plane.
  • a positional tolerance of the coupling element is essentially compensated if, for example, the coupling element is inserted into a neighboring cell of the actual target cell or the honeycomb body has a manufacturing tolerance in this area.
  • the third spatial direction which is the direction in which the coupling elements are inserted into the honeycomb body, a tolerance in the axial direction of the exhaust line is compensated.
  • the tolerance in the third direction is usually smaller than in the first two directions, since the insertion depth in the honeycomb body is controlled very precisely by machine and the deviations are therefore small.
  • the support structure has, on its surface facing the heating matrix, cup-like chambers which are open to the heating structure and which are each designed to receive a free end of a coupling element and form the tolerance compensation elements.
  • the support structure which is essentially made of flat metal sheets, can have cup-like chambers. These can be formed directly on the surface of the support structure facing the heating matrix.
  • the chambers can be formed directly into the sheet material, for example by deep drawing or embossing. Alternatively, the chambers can also be formed by a cylindrical collar which protrudes from the support structure.
  • the clear opening width of the cup-like chambers is a multiple of the cross-section of a free end of a coupling element.
  • the free end of the coupling element can then be moved within the clear opening in the first two spatial directions.
  • tolerance compensation must take place.
  • the size of the clear opening simultaneously determines the maximum possible tolerance compensation in the first two spatial directions, while the depth of the chambers essentially determines the maximum possible tolerance compensation in the third spatial direction.
  • the connecting element has an opening facing the coupling element which is larger than the cross-section of the free end of the coupling element. If tolerance compensation essentially has to take place in one of the first two spatial directions, an elongated hole-like opening can be provided. Alternatively, a circular or rectangular opening cross-section can be selected. The object with regard to the method is achieved by a method having the features of claim 8.
  • One embodiment of the invention relates to a method for connecting the support structure to the heating matrix, wherein the connecting elements are first permanently connected to the coupling elements and, in a subsequent step, are permanently connected to the surface of the support structure facing the heating matrix.
  • the connecting element can first be connected to the free end of the coupling element. Any positional tolerance of the coupling element is transferred to the connecting element here. This applies in particular to tolerances in the first two spatial directions. Tolerances in the third spatial direction can already be compensated by correcting the insertion depth of the coupling element in the connecting element.
  • the coupling elements are permanently connected to the connecting elements using a suitable process. This is followed by the connection to the support structure. Since the position tolerances have been transferred to the connecting elements, it can happen that the connecting elements deviate from the originally planned position of the connecting elements by precisely these tolerances. This can be counteracted by making the support structure wider in the area of the planned position of the respective connecting elements.
  • the connecting elements preferably have a smooth surface facing the support structure, via which a connection to the support structure can be made in a simple manner.
  • the opening width for inserting the coupling elements only needs to be slightly larger than the free ends of the coupling elements, since the tolerance compensation here only takes place in the third spatial direction and the compensation of the The first two spatial directions are then changed by changing the position of the connecting element relative to the support structure.
  • the connecting elements are permanently connected to the surface of the support structure facing the heating matrix in a first step, and in a subsequent step the coupling elements are inserted into the connecting elements and permanently connected to them.
  • the connecting elements are first connected to the support structure.
  • the clear opening of the connecting elements must be large enough to allow tolerance compensation in the first two spatial directions.
  • the third spatial direction is compensated by adjusting the insertion depth.
  • Fig. 1 is a partial view of a support structure with a plurality of connecting elements which are attached to the support structure and have different positions relative to the support structure,
  • Fig. 2 is a partial view of a support structure with a plurality of connecting elements arranged at predefined positions on the support structure
  • Fig. 3 is a sectional view through two connecting elements, each with an inserted coupling element, the coupling element being fixed by a clamp in the connecting element, and
  • Fig. 4 a coupling element which is accommodated in cup-shaped chambers on both sides.
  • Figure 1 shows a support structure 1 which has several connecting elements 3 on one of its struts 2.
  • a coupling element 4 can be inserted into each of the connecting elements 3.
  • the support structure 1, the connecting elements 3 and the coupling elements 4 can be permanently connected to one another by means of a soldering process.
  • the connecting elements 3 are first connected to the coupling elements 4, which in turn are inserted into cells of a heating matrix and connected to it.
  • the positional tolerances that result from the production-related tolerances of the heating matrix are transferred to the connecting elements 3 via the coupling elements 4. Therefore, the connecting elements 3, shown here on the middle connecting element 3, are not arranged in the middle of the strut 2, but sometimes slightly offset from its center.
  • Figure 2 shows connecting elements 5 on a strut 2 of a support structure 1.
  • the connecting elements 5 have a slot-like opening, which enables tolerance compensation in one of the first two spatial directions.
  • the connecting elements 5 are first connected to the strut 2 of the support structure 1 before the coupling elements 4 are inserted into them. Therefore, the connecting elements 5 are also arranged very evenly distributed over the strut 2.
  • Figure 3 shows a sectional view through a coupling element 4, which is inserted into a connecting element 6 on one side.
  • the coupling element 4 is connected by means of a clamping with the connecting element 6. This can be a first fixation before a permanent connection is created by soldering.
  • Figure 4 shows a coupling element 4 which is inserted into hollow cylindrical receptacles 7 on both sides.
  • the position tolerance in the third spatial direction can be compensated by varying the insertion depth.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stützstruktur (1) zur Positionierung einer Heizmatrix in einer durch ein Gehäuse räumlich begrenzten Abgasstrecke, wobei die Heizmatrix durch einen Wabenkörper gebildet ist, welcher eine Vielzahl entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren Strömungskanäle aufweist, wobei die Heizmatrix gegenüber der Innenfläche des Gehäuses durch die Stützstruktur (1) abgestützt wird und die Matrix mittels einer Mehrzahl von Koppelelementen (4) gegenüber der Stützstruktur (1) fixiert wird, wobei die Koppelelemente (4) in einzelne durch die Strömungskanäle gebildete Zellen der Heizmatrix eingesteckt und mit diesen dauerhaltbar verbunden sind, wobei das jeweils freie Ende eines Koppelelementes (4) mit der Stützstruktur (1) direkt oder indirekt verbunden ist, wobei jeweils ein Toleranzausgleichselement vorgesehen ist, welches eine Lagetoleranz des Koppelelementes (4) in zumindest zwei Raumrichtungen durch ein Verbindungselement (5) mit zumindest einem Langloch ausgleicht. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbindung der Stützstruktur mit einer Heizmatrix.

Description

Beschreibung
Stützstruktur für eine Heizmatrix
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Stützstruktur zur Positionierung einer Heizmatrix in einer durch ein Gehäuse räumlich begrenzten Abgasstrecke, wobei die Heizmatrix durch einen Wabenkörper gebildet ist, welcher eine Vielzahl entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchström baren Strömungskanäle aufweist, wobei die Heizmatrix gegenüber der Innenfläche des Gehäuses durch die Stützstruktur abgestützt wird und die Matrix mittels einer Mehrzahl von Koppelelementen gegenüber der Stützstruktur fixiert wird, wobei die Koppelelemente in einzelne durch die Strömungskanäle gebildete Zellen der Heizmatrix eingesteckt und mit diesen dauerhaltbar verbunden sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbindung einer Stützstruktur mit einer Heizmatrix.
Stand der Technik
Zur Aufheizung von Abgasen in einer einem Verbrennungsmotor nachgelagerten Abgasstrecke beziehungsweise des in einer Abgasstrecke strömenden Abgases werden heute regelmäßig elektrische Heizelemente eingesetzt. Hierbei wird das Ziel verfolgt schneller eine Temperaturschwelle zu erreichen, ab welcher eine wirkungsvolle Umwandlung der im Abgas mitgeführten Schadstoffe erfolgen kann. Dies ist notwendig, da die zur Abgasnachbehandlung eingesetzten katalytisch aktiven Oberflächen der in der Abgasstrecke verbauten Katalysatoren erst ab einer Mindesttemperatur, der sogenannten Light-Off Temperatur, eine ausreichende Umsetzung der jeweiligen Schadstoffe ermöglichen.
Zu den bekannten Lösungen im Stand der Technik gehören sogenannten Heizkatalysatoren, welche eine mit einer Spannungsquelle verbundene metallische Struktur aufweisen oder eine metallisch beschichtete keramische Struktur aufweisen, welche unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes aufgeheizt werden kann. Die aufheizbaren metallischen Strukturen können beispielweise aus einem aus Metallfolien erzeugten Wabenkörper bestehen. Hierzu wird eine Mehrzahl von glatten und/oder zumindest teilweise strukturierten Metallfolien aufeinandergestapelt und um zumindest einen Drehpunkt zu einem Wabenkörper aufgewickelt. Die aus den Metallfolien gebildete Matrix kann elektrisch kontaktiert werden und unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes aufgeheizt werden.
Die Matrix muss hierzu in einer Abgasstrecke angeordnet sein und einem zur Abgasnachbehandlung ausgelegten Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases vorgelagert oder nachgelagert sein.
Um die Matrix in der Abgasstrecke zu positionieren und sie insbesondere gegen mechanische und thermische Belastungen abzustützen, muss eine Halterung vorgesehen werden, die insbesondere mit den hohen thermischen Wechselbelastungen und weiterhin mit den starken und unregelmäßigen mechanischen Belastungen in einer Abgasstrecke, insbesondere der Abgasstrecke eines Kraftfahrzeugs, auftreten.
Die Verbindung zwischen der Stützstruktur und der Heizmatrix wird über eine Mehrzahl von Koppelelementen erreicht. Da alle Bauteile produktionsbedingt gewissen Fertigungstoleranzen unterliegen, muss ein Toleranzausgleich erzeugt werden, um eine spannungsfreie Montage zu ermöglichen. Nachteilig an den bekannten Lösungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass der Toleranzausgleich der bekannten Koppelelemente nicht ausreichend ist.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Stützstruktur für eine Heizmatrix zu schaffen, welche vorteilhafte Koppelelemente aufweist, die einen ausreichenden Toleranzausgleich zulassen. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Verbindung der Stützstruktur mit der Heizmatrix zu schaffen. Die Aufgabe hinsichtlich der Stützstruktur wird durch eine Stützstruktur mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Stützstruktur zur Positionierung einer Heizmatrix in einer durch ein Gehäuse räumlich begrenzten Abgasstrecke, wobei die Heizmatrix durch einen Wabenkörper gebildet ist, welcher eine Vielzahl entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren Strömungskanäle aufweist, wobei die Heizmatrix gegenüber der Innenfläche des Gehäuses durch die Stützstruktur abgestützt wird und die Matrix mittels einer Mehrzahl von Koppelelementen gegenüber der Stützstruktur fixiert wird, wobei die Koppelelemente in einzelne durch die Strömungskanäle gebildete Zellen der Heizmatrix eingesteckt und mit diesen dauerhaltbar verbunden sind, wobei das jeweils freie Ende eines Koppelelementes mit der Stützstruktur direkt oder indirekt verbunden ist, wobei jeweils ein Toleranzausgleichselement vorgesehen ist, welches eine Lagetoleranz des Koppelelementes in zumindest zwei Raumrichtungen ausgleicht.
Der Toleranzausgleich ist notwendig, da alle Bauteile produktionsbedingt toleranzbehaftet sind. Für einen präzisen Zusammenbau ist der Ausgleich daher zwingend. Zusätzlich zu den produktionsbedingten Toleranzen ergibt sich eine Toleranz dadurch, dass die Koppelelemente in Zellen des Wabenkörpers eingesteckt werden müssen. Hier kann es mitunter zu leichten Abweichungen kommen darüber hinaus kann durch eine Formtoleranz des Wabenkörpers ein Koppelelement geringfügig von seiner grundsätzlichen Position abweichen.
Bevorzugt ist der Toleranzausgleich im Bereich der Anbindung des Koppelelementes an die Stützstruktur vorgesehen, da die Anbindung an den Wabenkörper praktisch keine Kompensationsmöglichkeiten bietet.
Das Koppelelement, welches beispielsweise durch einen im Stand der Technik bekannten Stützstift gebildet sein kann, oder abhängig von der Notwendigkeit einer elektrischen Isolation auch durch einen einfachen Metallstift gebildet sein kann, kann direkt an die Stützstruktur angebunden werden oder unter Verwendung eines Zwischenelementes.
Zwei der drei Raumrichtungen, in die ein Toleranzausgleich stattfinden muss, spannen die Ebene auf, in welcher die Stützstruktur liegt. Die dritte Raumrichtung verläuft als Flächennormale zu dieser Ebene. In den beiden ersten Raumrichtungen wird im Wesentlichen eine Lagetoleranz des Koppelelementes ausgeglichen, falls das Koppelelement beispielweise in eine benachbarte Zelle der eigentlichen Zielzelle eingesteckt ist oder der Wabenkörper eine Fertigungstoleranz in diesem Bereich aufweist. In der dritten Raumrichtung, welche die Richtung ist, in der die Koppelelemente in den Wabenkörper eingesteckt werden, wird eine Toleranz in axialer Richtung der Abgasstrecke ausgeglichen. Gewöhnlich ist die Toleranz in die dritte Richtung geringer als in den ersten beiden Richtungen, da die Einstecktiefe in den Wabenkörper maschinell sehr präzise kontrolliert wird und die Abweichungen daher gering sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Stützstruktur an ihrer der Heizmatrix zugewandten Oberfläche zur Heizstruktur offene tassenartige Kammern aufweist, welche jeweils zur Aufnahme eines freien Endes eines Koppelelementes ausgebildet sind und die Toleranzausgleichselemente bilden.
Die Stützstruktur, welche im Wesentlichen aus flachen Blechen gebildet ist, kann tassenartige Kammern aufweisen. Diese können direkt auf der der Heizmatrix zugewandten Oberfläche der Stützstruktur ausgebildet sein. Die Kammern können direkt in das Blechmaterial eingeformt sein, beispielsweise durch Tiefziehen oder Prägen. Alternativ können die Kammern auch durch einen zylindrischen Kragen gebildet sein, welcher aus der Stützstruktur ausgestellt ist.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die lichte Öffnungsweite der tassenartigen Kammern jeweils ein Mehrfaches des Querschnitts eines freien Endes eines Koppelelementes beträgt. Das freie Ende des Koppelelementes kann dann innerhalb der lichten Öffnung in die ersten beiden Raumrichtungen verschoben werden. Durch eine Variation der Einstecktiefe des freien Endes des Koppelelementes kann auch in die dritte Raumrichtung ein Toleranzausgleich stattfinden. Die Größe der lichten Öffnung bestimmt gleichzeitig den maximal möglichen Toleranzausgleich in den ersten beiden Raumrichtungen, während die Tiefe der Kammern im Wesentlichen den maximal möglichen Toleranzausgleich in die dritte Raumrichtung bestimmt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der tassenartigen Kammern größer ist als die durchschnittliche Einstecktiefe der Koppelelemente. Hierdurch wird sichergestellt, dass ein ausreichend großer Toleranzausgleich möglich ist.
Die Kammern können mit einem Lot vorbefüllt sein, so dass nach dem Einstecken der Koppelelemente mit einem einfachen Lötverfahren eine dauerhaltbare Verbindung zwischen der Stützstruktur und der Heizmatrix erzeugt werden kann.
In einer alternativen Ausgestaltung ist es zu bevorzugen, wenn zwischen der Stützstruktur und einem Koppelelement jeweils ein Verbindungselement als Toleranzausgleichselement angeordnet ist, welches einseitig dauerhaltbar mit der Stützstruktur verbunden ist und auf der anderen Seite das freie Ende des Koppelelementes aufnimmt.
Ein weiteres Verbindungselement kann vorteilhaft sein, um die Toleranzen auszugleichen. Ein Verbindungselement kann beispielsweise durch einen einseitig geschlossenen Hohlzylinder gebildet sein, der auf die Oberfläche der Stützstruktur aufgebracht wird. Auch der Hohlzylinder kann mit einem Lot vorbefüllt sein.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungselement eine dem Koppelelement zugewandte Öffnung aufweist, welche größer ist als der Querschnitt des freien Endes des Koppelelementes. Wenn im Wesentlichen ein Toleranzausgleich in eine der beiden ersten Raumrichtungen stattfinden muss, kann eine langlochartige Öffnung vorgesehen werden. Alternativ kann ein kreisrunder oder rechteckiger Öffnungsquerschnitt gewählt werden. Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 8 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung der Stützstruktur mit der Heizmatrix, wobei die Verbindungselemente mit den Koppelelementen zuerst dauerhaltbar verbunden werden und in einem nachgelagerten Schritt mit der der Heizmatrix zugewandten Fläche der Stützstruktur dauerhaltbar verbunden werden.
Abhängig vom gewählten Produktionsprozess kann das Verbindungselement zuerst mit dem freien Ende des Koppelelementes verbunden werden. Eine eventuelle Lagetoleranz des Koppelelementes wird hier gegebenenfalls auf das Verbindungselement übertragen. Die gilt insbesondere für Toleranzen in den ersten beiden Raumrichtungen. Toleranzen in die dritte Raumrichtung können durch eine Korrektur der Einstecktiefe des Koppelelementes in das Verbindungselement bereits ausgeglichen werden.
Die Koppelelemente werden durch ein geeignetes Verfahren mit den Verbindungselementen dauerhaltbar verbunden. Anschließend folgt die Anbindung an die Stützstruktur. Da die Lagetoleranzen auf die Verbindungselemente übertragen wurden, kann es hierbei vorkommen, dass die Verbindungselemente gerade um diese Toleranzen von der ursprünglich geplanten Position der Verbindungselemente abweichen. Dem kann begegnet werden, indem die Stützstruktur im Bereich der geplanten Position der jeweiligen Verbindungselemente breiter ausgelegt wird.
Die Verbindungselemente weisen bevorzugt eine glatte Oberfläche auf, die der Stützstruktur zugewandt ist, über welche auf einfach Weise eine Anbindung an die Stützstruktur erfolgen kann.
Die Öffnungsweite für das Einstecken der Koppelelemente muss in diesem Fall nur unwesentlich größer sein als die freien Enden der Koppelelemente, da der Toleranzausgleich hier nur in der dritten Raumrichtung erfolgt und der Ausgleich der ersten beiden Raumrichtungen im Anschluss durch eine Veränderung der Lage des Verbindungselementes relativ zur Stützstruktur erfolgt.
In einem alternativen Verfahren ist es zweckmäßig, wenn die Verbindungselemente in einem ersten Schritt mit der der Heizmatrix zugewandten Fläche der Stützstruktur dauerhaltbar verbunden werden, und in einem nachgelagerten Schritt die Koppelelemente in die Verbindungselemente eingesteckt und mit diesen dauerhaltbar verbunden werden.
Alternativ findet zuerst eine Anbindung der Verbindungselemente mit der Stützstruktur statt. Die lichte Öffnung der Verbindungselemente muss in diesem Fall groß genug sein, um einen Toleranzausgleich in die ersten beiden Raumrichtungen zu ermöglichen. Die dritte Raumrichtung wird durch das Anpassen der Einstecktiefe ausgeglichen.
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 Teilansicht einer Stützstruktur mit einer Mehrzahl von Verbindungselementen, welche an der Stützstruktur angebracht sind und unterschiedliche Lagen relativ zur Stützstruktur aufweisen,
Fig. 2 eine Teilansicht einer Stützstruktur mit einer Mehrzahl von Verbindungselementen, welche an vordefinierten Positionen an der Stützstruktur angeordnet sind, Fig. 3 eine Schnittansicht durch zwei Verbindungselemente mit jeweils einem eingesteckten Koppelelement, wobei das Koppelelement durch eine Klemmung im Verbindungselement fixiert ist, und
Fig. 4 ein Koppelelement, welches beidseitig in tassenförmigen Kammern aufgenommen ist.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine Stützstruktur 1 , welche auf einem ihrer Streben 2 mehrere Verbindungselemente 3 aufweist. In jedes der Verbindungselemente 3 kann ein Koppelelement 4 eingesteckt werden. Die Stützstruktur 1 , die Verbindungselemente 3 und die Koppelelemente 4 können mittels eines Lötverfahrens dauerhaltbar miteinander verbunden werden.
Im Beispiel der Figur 1 sind die Verbindungselemente 3 zuerst mit den Koppelelementen 4 verbunden, welche wiederum in Zellen einer Heizmatrix eingesteckt und mit dieser verbunden sind. Die Lagetoleranzen, welche sich durch die produktionsbedingten Toleranzen der Heizmatrix ergeben, werden über die Koppelelemente 4 auf die Verbindungselemente 3 übertragen. Daher sind die Verbindungselemente 3, hier dargestellt an dem mittleren Verbindungselement 3, nicht mittig auf der Strebe 2 angeordnet, sondern mitunter leicht versetzt zu dessen Mitte.
Die Figur 2 zeigt Verbindungselemente 5 auf einer Strebe 2 einer Stützstruktur 1 . Die Verbindungselemente 5 weisen eine langlochartige Öffnung auf, welche einen Toleranzausgleich in einer der ersten beiden Raumrichtungen ermöglicht. Die Verbindungselemente 5 sind zuerst mit der Strebe 2 der Stützstruktur 1 verbunden, bevor die Koppelelemente 4 in diese eingesteckt werden. Daher sind die Verbindungselemente 5 auch sehr gleichmäßig über die Strebe 2 verteilt angeordnet.
Figur 3 zeigt eine Schnittansicht durch ein Koppelelement 4, welches einseitig in ein Verbindungselement 6 eingesteckt ist. Das Koppelelement 4 ist mittels einer Klemmung mit dem Verbindungselement 6 verbunden. Dies kann eine erste Fixierung sein, bevor mittels Lötens eine dauerhaltbare Verbindung erzeugt wird.
Figur 4 zeigt ein Koppelelement 4, welches beidseitig in hohlzylindrischen Auf- nahmen 7 eingesteckt ist. Hier kann insbesondere die Lagetoleranz in die dritte Raumrichtung durch die Variation der Einstecktiefe ausgeglichen werden.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden.
Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 4 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.
Bezugszeichenliste
1 . Stützstruktur
2. Strebe 3. Verbindungselement
4. Koppelelement
5. Verbindungselement
6. Verbindungselement
7. hohlzylindrische Aufnahme

Claims

Patentansprüche
1. Stützstruktur (1 ) zur Positionierung einer Heizmatrix in einer durch ein Gehäuse räumlich begrenzten Abgasstrecke, wobei die Heizmatrix durch einen Wabenkörper gebildet ist, welcher eine Vielzahl entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchström baren Strömungskanäle aufweist, wobei die Heizmatrix gegenüber der Innenfläche des Gehäuses durch die Stützstruktur (1) abgestützt wird und die Matrix mittels einer Mehrzahl von Koppelelementen (4) gegenüber der Stützstruktur (1) fixiert wird, wobei die Koppelelemente (4) in einzelne durch die Strömungskanäle gebildete Zellen der Heizmatrix eingesteckt und mit diesen dauerhaltbar verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das jeweils freie Ende eines Koppelelementes (4) mit der Stützstruktur (1) direkt oder indirekt verbunden ist, wobei jeweils ein Toleranzausgleichselement vorgesehen ist, welches eine Lagetoleranz des Koppelelementes (4) in zumindest zwei Raumrichtungen ausgleicht.
2. Stützstruktur (1) 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 Stützstruktur (1) an ihrer der Heizmatrix zugewandten Oberfläche zur Heizstruktur offene tassenartige Kammern aufweist, welche jeweils zur Aufnahme eines freien Endes eines Koppelelementes (4) ausgebildet sind und die Toleranzausgleichselemente bilden.
3. Stützstruktur (1) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die die lichte Öffnungsweite der tassenartigen Kammern jeweils ein Mehrfaches des Querschnitts eines freien Endes eines Koppelelementes (4) beträgt.
4. Stützstruktur (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Tiefe der tassenartigen Kammern größer ist als die durchschnittliche Einstecktiefe der Koppelelemente (4). Stützstruktur (1) 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 zwischen der Stützstruktur (1) und einem Koppelelement (4) jeweils ein Verbindungselement (3, 5, 6, 7) als Toleranzausgleichselement angeordnet ist, welches einseitig dauerhaltbar mit der Stützstruktur (1) verbunden ist und auf der anderen Seite das freie Ende des Koppelelementes (4) aufnimmt. Stützstruktur (1) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (3, 5, 6, 7) eine dem Koppelelement zugewandte Öffnung aufweist, welche größer ist als der Querschnitt des freien Endes des Koppelelementes (4). Stützstruktur (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Verbindungselement (5) eine langlochartige Öffnung aufweist. Verfahren zur Verbindung der Stützstruktur (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7 mit der Heizmatrix, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verbindungselemente (3, 7) mit den Koppelelementen (4) zuerst dauerhaltbar verbunden werden und in einem nachgelagerten Schritt mit der der Heizmatrix zugewandten Fläche der Stützstruktur (1) dauerhaltbar verbunden werden. Verfahren zur Verbindung der Stützstruktur (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7 mit der Heizmatrix, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Verbindungselemente (5, 6, 7) in einem ersten Schritt mit der der Heizmatrix zugewandten Fläche der Stützstruktur (1) dau- erhaltbar verbunden werden, und in einem nachgelagerten Schritt die Koppelelemente (4) in die Verbindungselemente (5, 6, 7) eingesteckt und mit diesen dauerhaltbar verbunden werden.
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