DE102017203546B4

DE102017203546B4 - Katalysator mit elektrisch beheizbarer Heizscheibe

Info

Publication number: DE102017203546B4
Application number: DE102017203546.3A
Authority: DE
Inventors: Christoph Pabst; Peter Hirth
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Emitec Technologies De GmbH
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2023-08-03
Anticipated expiration: 2037-03-04
Also published as: EP3589825A1; CN110268145B; JP6856764B2; KR102287999B1; US10989091B2; KR20190108636A; DE102017203546A1; JP2020512501A; WO2018158148A1; CN110268145A; US20190383193A1

Abstract

Katalysator mit einem Wabenkörper zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrisch beheizbaren Heizscheibe (13, 30), wobei die Heizscheibe (13, 30) aus einer Mehrzahl von Metallfolien (2, 3, 4, 5, 17, 20) gebildet ist, die zu einem Lagenstapel (1, 32) aufeinander gestapelt sind und schließlich zu einem Wabenkörper mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen (6) aufgewickelt sind, wobei in der Heizscheibe (13, 30) ein Isolationsmittel (7, 10, 16, 26, 33) angeordnet ist, über welches eine elektrische Isolation zwischen zumindest zwei zueinander benachbart angeordneten aufgewickelten Metallfolien (2, 3, 4, 5, 17, 20) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der obersten Randlage (4) und der untersten Randlage (5) des Lagenstapels zumindest eine weitere Zwischenlage des Lagenstapels zumindest einseitig eine Isolationsschicht (7, 10, 16, 26, 33) aufweist, wobei durch die isolierende Zwischenlage der Strompfad (19, 34) partiell in zumindest zwei voneinander getrennte Strompfade (27, 28, 35, 36) unterteilt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Katalysator mit einem Wabenkörper zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrisch beheizbaren Heizscheibe, wobei die Heizscheibe aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und schließlich zu einem Wabenkörper mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen aufgewickelt sind.
Stand der Technik
In Abgassträngen von Verbrennungsmotoren sind neben einer Mehrzahl von unterschiedlichen Katalysatoren auch Heizelemente bekannt, die zur gezielten Aufheizung des Abgasstroms genutzt werden können. Dies ist beispielsweise notwendig, um die Abgastemperatur nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors schneller auf ein Temperaturniveau zu erhöhen, das notwendig ist, um die Nachbehandlung des Abgases wirksam beginnen zu können.
Heizelemente sind insbesondere in Form von Heizscheiben, die aus aufgewickelten Lagenstapeln aus strukturierten und unstrukturierten Metallfolien gebildet sind, in vielfältiger Weise bekannt. Die Heizscheiben werden unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes erhitzt, indem ein Strom durch die Heizscheibe geleitet wird.
Um einen gerichteten Stromfluss innerhalb der Heizscheibe zu erzeugen müssen die aufgewickelten metallischen Lagen zueinander elektrisch isoliert werden. Hierzu müssen geeignete Maßnahmen getroffen werden. Es sind Vorrichtungen bekannt, in welchen ein Abstandshalter zwischen die metallischen Lagen eingelegt wird bevor die metallischen Lagen aufgewickelt werden. Im Anschluss an das Aufwickeln wird der Abstandshalter wieder entfernt, wodurch ein Luftspalt entsteht, der die metallischen Lagen zueinander beabstandet und eine elektrische Isolation schafft.
Die WO 89/ 10 471 A1 offenbart einen elektrisch leitfähigen Wabenkörper, insbesondere ein Katalysatorträger, der direkt elektrisch beheizbar ist und einen temperaturabhängigen Widerstand zur Funktionskontrolle und -einstellung aufweist. Zur Erzielung eines geeigneten elektrischen Widerstandes zwischen 0,03 und 2 Ohm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 Ohm, wird der Wabenkörper durch Lücken und/oder elektrisch isolierende Zwischenschichten oder Beschichtungen im Querschnitt und/oder in axialer Richtung elektrisch unterteilt, so dass sich mindestens ein elektrischer Strompfad mit dem gewünschten Widerstand ergibt.
Die DE 10 2012 000 496 A1 offenbart einen elektrisch beheizbaren Wabenkörper, der ein Gehäuse aufweist, das ein von einem Abgas durchströmbares Volumen umschließt, und mindestens einen in dem Volumen angeordneten elektrisch beheizbaren Lagenstapel. Außerdem weist das Gehäuse eine elektrisch leitende Durchführung auf, die durch das Gehäuse geführt ist. Der mindestens eine Lagenstapel ist zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigen metallischen Folien gebildet, die in einem von der Durchführung beabstandeten ersten Bereich eine von dem Abgas durchströmbare Wabenstruktur ausbildet, wobei die Wabenstruktur in einem zweiten Bereich komprimiert und nicht für das Abgas durchströmbar ausgeführt ist.
Nachteilig an diesen Vorrichtungen ist insbesondere, dass zum Entfernen des Abstandshalters ein zusätzlicher Arbeitsschritt notwendig wird. Weiterhin kommt es beim Entfernen des Abstandshalters zu Beschädigungen der eigentlichen Heizscheibe. Außerdem wird die aktive Fläche der Heizscheibe für die Beheizung und für die katalytische Umwandlung des Abgases, wenn die Heizscheibe eine entsprechende chemische Beschichtung aufweist, verkleinert.
Die Verwendung von Abstandshaltern und Isolationsmitteln, die den gewöhnlich mit Luft ausgefüllten Spalt zwischen den Wicklungen der Metallischen Lagen ausfüllen, ist nachteilig, da dadurch die Strömung des Abgases durch die Heizscheibe und die nachfolgend angeordneten Katalysatoren negativ beeinflusst wird. Weiterhin ist es schwierig einen alternativen Abstandshalter beziehungsweise ein alternatives Isolationsmaterial dauerhaft in der Heizscheibe zu belassen, da dies aufgrund der hohen Temperaturdynamik und der starken mechanischen Belastungen im Abgasstrang mit einem sehr hohen Aufwand verbunden ist und das Risiko eines Defekts stark erhöht wird.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Katalysator mit einem als Heizscheibe ausgebildeten Heizelement zu schaffen, der einen optimierten Aufbau aufweist und insbesondere eine verbesserte Isolation der metallischen Lagen in der Heizscheibe zueinander aufweist, damit ein zielgerichteter Stromfluss realisiert werden kann.
Die Aufgabe hinsichtlich des Katalysators wird durch einen Katalysator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Katalysator mit einem Wabenkörper zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrisch beheizbaren Heizscheibe, wobei die Heizscheibe aus einer Mehrzahl von Metallfolien gebildet ist, die zu einem Lagenstapel aufeinander gestapelt sind und schließlich zu einem Wabenkörper mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen aufgewickelt sind, wobei in der Heizscheibe ein Isolationsmittel angeordnet ist, über welches eine elektrische Isolation zwischen zumindest zwei zueinander benachbart angeordneten aufgewickelten Metallfolien gebildet ist.
Das Isolationsmittel dient dazu die zueinander benachbart liegenden metallischen Lagen, die durch das Aufwickeln des Lagenstapels miteinander in Kontakt geraten, elektrisch voneinander zu isolieren. Dies ist notwendig, um einen definierten Strompfad zu erzeugen, um eine gleichmäßige Aufheizung zu erreichen und weiterhin den spezifischen Widerstand der Heizscheibe genau festlegen zu können. Wäre der ganze durch das Aufwickeln erzeugte Wabenkörper ein vollständig elektrisch leitend miteinander verbundener Bereich, würde die Stromleitung durch den Wabenkörper quasi willkürlich und zufällig erfolgen, weswegen der jeweilige ohmsche Widerstand des Strompfades in der Heizscheibe im Vorfeld praktisch nicht zu bestimmen wäre, wodurch auch die Festlegung der zu erreichenden Temperatur bei einer definierten Stromstärke nicht möglich wäre. Daher muss durch die geschickte Einbringung eines Isolationsmittels ein exakt definierbarer Strompfad erzeugt werden, in welchen definiert ein elektrischer Strom bekannter Stromstärke eingeleitet werden kann, um bei einem durch den bekannten Strompfad definierten ohmschen Widerstand eine vorgebbare Erwärmung zu erzeugen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das gesamte durch die Heizscheibe eingenommene Volumen auch zur katalytischen Behandlung des Abgases genutzt werden kann und die Oberfläche der Heizscheibe bezogen auf das insgesamt eingenommene Volumen möglichst groß ist. Der von der Heizscheibe erzeugte Druckverlust sollte möglichst gering sein, weswegen es besonders vorteilhaft ist, wenn die Heizscheibe möglichst wenig Elemente aufweist, die ein Durchströmen mit dem Abgas verhindern könnten.
Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Begriffe metallische Lage und Metallfolie synonym verwendet werden und mit unterschiedlichen Begriffen die gleichen Elemente beschreiben.
Als Isolationsmittel kommen daher bevorzugt Beschichtungen auf den im Lagenstapel verwendeten Metallfolien in Frage.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Isolationsmittel durch eine mit einer Isolationsschicht beschichtete Metallfolie gebildet ist. Besonders vorteilhaft sind beispielsweise durch chemische oder physikalische Verfahren aufgebrachte Schichten, die einerseits eine elektrische Isolation bewirken, andererseits aber die Grundeigenschaften des Materials der Metallfolien nicht negativ beeinflussen. Insbesondere soll die Wärmeempfindlichkeit der Metallfolien nicht vergrößert werden. Auch soll die Flexibilität der Metallfolien, die beispielsweise für das Aufwickeln benötigt wird, nicht beeinträchtigt werden. Darüber hinaus sind die elektrisch isolierenden Beschichtungen vorteilhaft derart gestaltet, dass diese dauerhaltbar sind und auch bei hochdynamischen thermischen und mechanischen Belastungen keine Beschädigung der Isolationsschicht entsteht.
Auch ist es vorteilhaft, wenn der Lagenstapel aus einer Mehrzahl von strukturierten Metallfolien und einer Mehrzahl von glatten Metallfolien gebildet ist, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind, wobei die oberste Randlage und die unterste Randlage des Lagenstapels an ihren vom Zentrum des Lagenstapels abgewandten Flächen eine Isolationsschicht aufweist.
Insbesondere die Beschichtung der vom Lagenstapel abgewandten Außenflächen der Randlagen ist vorteilhaft, da diese beim Aufwickeln in direkten Kontakt mit den anderen Lagen des Lagenstapels gebracht werden. Durch die elektrisch isolierende Beschichtung der Randlagen wird so ein Strompfad erzeugt, der eine im aufgewickelten Zustand radiale Dicke hat, die der Höhe des Lagenstapels im unaufgewickelten Zustand entspricht. Auf diese Weise lässt sich ein sehr exakt definierbarer Strompfad erzeugen, der durch die Höhe und die Tiefe des Lagenstapels definiert wird. Dadurch lässt sich besonders einfach eine Heizscheibe erzeugen, die einen definierten Strompfad aufweist und einen genau bestimmbaren ohmschen Widerstand.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Randlage und die unterste Randlage des Lagenstapels durch eine glatte Metallfolie gebildet sind. Dies ist insbesondere für das Aufwickeln des Lagenstapels vorteilhaft, um das Verkanten von gewellten Randlagen ineinander auszuschließen und zu ermöglichen, dass die durch das Aufwickeln miteinander in Kontakt geratenden Lagen eine Relativbewegung zueinander in Umfangsrichtung zulassen. Dies ermöglicht eine besonders dichte Wicklung der Heizscheibe.
Auch ist es zu bevorzugen, wenn die mit der Isolationsschicht beschichteten Metallfolien auf der Isolationsschicht einen Haftvermittler und eine Lotschicht zum Verlöten der Metallfolien aufweisen.
Das Lot ist vorteilhaft, um die aufgewickelten Lagen auch miteinander verbinden zu können. Hierfür werden bevorzugt Lötverfahren eingesetzt, da hierdurch gleichzeitig eine stoffschlüssige Verbindung an vielen Kontaktstellen erzeugt werden kann.
Ein Haftvermittler kann beispielsweise ein chemisches Mittel sein, dass das Lot an der Isolationsschicht fixiert. Auch können beispielsweise metallische Schichten auf die Isolationsschicht aufgetragen sein um einen Haftgrund für einen keramischen Werkstoff zu bilden.
Auch ist es zweckmäßig, wenn die Isolationsschicht mittels einer Aerosolabscheidung und/oder Flammspritzen auf die Metallfolie aufgebracht ist. In einer solchen Konfiguration kann explizit auf den Haftvermittleer verzichtet werden, da die Isolationsschicht direkt auf die Metallfolie aufgebracht wird. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Lagenstapel um zumindest einen zentralen Drehpunkt aufgewickelt ist, wobei ein von den beiden Isolationsschichten auf den Randlagen in radialer Richtung begrenzter spiralförmiger Strompfad ausgebildet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zusätzlich zu der obersten Randlage und der untersten Randlage des Lagenstapels zumindest eine weitere Zwischenlage des Lagenstapels zumindest einseitig eine Isolationsschicht aufweist. Dies ist vorteilhaft, da somit der Strompfad auch weiter unterteilt werden kann. Je nach Ausgestaltung der isolierenden Zwischenlage können so innerhalb des Lagenstapels vollständig voneinander getrennte Strompfade erzeugt werden, oder beispielsweise auch nur partiell getrennte Strompfade.
Auch ist es zweckmäßig, wenn durch die isolierende Zwischenlage der Strompfad partiell in zumindest zwei voneinander getrennte Strompfade unterteilt wird. Dies ist besonders vorteilhaft, um beispielsweise den Stromfluss in kritischen Bereichen besser lenken zu können. Hierdurch können insbesondere Hotspots vermieden werden, die durch übermäßige Aufheizung infolge eines lokal hohen Stromflusses entstehen können. Da der Strom sich den Weg des geringsten Widerstandes sucht, kann es insbesondere an Knickstellen und engen Biegungen im Bereich der innenliegenden kleineren Biegungsradien zu solchen Hotspots kommen, da der Strom nicht gleichmäßig auf der gesamten Breite des Strompfades fließt, sondern ein stärkerer Stromfluss im Bereich der engeren Biegeradien entsteht.
Durch eine isolierende Zwischenlage kann der Stromfluss gezielt beeinflusst werden, wodurch eine derartige Ungleichverteilung vermieden oder zumindest deutlich reduziert werden kann. Dies ist vorteilhaft, um eine homogenere Erwärmung der Heizscheibe zu erreichen.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die isolierende Zwischenlage selbst oder die Isolationsschicht auf der Zwischenlage eine kürzere Erstreckung aufweist als die Isolationsschicht auf der äußeren oberen Randlage und der äußeren unteren Randlage. Dies ist besonders vorteilhaft, um zwar einen gemeinsamen über einen Einleitungspunkt mit Strom beaufschlagten Strompfad zu erzeugen, jedoch zum Zwecke der Beeinflussung des tatsächlichen Stromflusses den Strompfad entsprechend gestalten zu können. Wie bereits weiter oben beschrieben, lässt sich so der Stromfluss innerhalb des Hauptstrompfades partiell besser lenken, um so beispielsweise eine gleichmäßigere Erwärmung zu erzeugen.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Isolationsmittel durch einen mit einem Haftvermittler versehenen Werkstoff gebildet ist, der auf eine oder mehrere der Metallfolien aufgebracht und mit den Metallfolien aufgewickelt ist. Dies kann beispielsweise einen dünne Keramik sein oder auch nur eine keramische Beschichtung. Vorteilhafterweise ist das Isolationsmittel annähernd so dünn wie die restlichen Metallfolien, um den durch das Isolationsmittel eingenommenen Bauraum möglichst gering zu halten. Ebenso weißt das Isolationsmittel eine ähnliche Flexibilität wie die Metallfolien auf, um bei dem Wickelvorgang nicht beschädigt zu werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das der mit dem Haftvermittler versehene Werkstoff durch eine Grünkeramik gebildet ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine Schnittansicht durch einen Lagenstapel mit einer Mehrzahl gewellter Lagen und einer Mehrzahl glatter Lagen, wobei die Randlagen des Lagenstapels an ihren Außenflächen eine Isolationsschicht aufweisen,
2 eine perspektivische Ansicht eines Lagenstapels, mit einer Randlage mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung,
3 eine perspektivische Ansicht eines Lagenstapels, mit einer Randlage mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung,
4 eine Ansicht einer Heizscheibe, die aus einem aufgewickelten Lagenstapel besteht und in ein Gehäuse eingesetzt ist, das eine Einleitstelle aufweist, durch die Strom in den Strompfad der Heizscheibe eingeleitet werden kann,
5 eine Detailansicht der Heizscheibe, wobei insbesondere ein Bereich gezeigt ist, in welchem der Strompfad aufgrund der Wicklung starke Biegungen beziehungsweise Knicke aufweist, und
6 eine Detailansicht eines Lagenstapels, der zu einer Heizscheibe aufgewickelt ist, wobei eine elektrisch isolierende Zwischenlage vorgesehen ist, die den Strompfad zumindest partiell in mehrere Bereiche unterteilt.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Lagenstapel 1. Der Lagenstapel 1 ist aus einer Mehrzahl gewellten Metallfolien 2 und einer Mehrzahl glatter Metallfolien 3 gebildet, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind. Zwischen den Metallfolien 2, 3 sind mehrere Strömungskanäle 6 ausgebildet, durch die Abgas strömen kann. Die in 1 gezeigten Metallfolien 2, 3 sind beispielhaft und beschränken die Auswahl der Metallfolien nicht.
Die obere Randlage 4 und die untere Randlage 5 sind beide durch glatte Metallfolien 3 gebildet. Auf ihren jeweiligen Außenseiten weisen sie eine Isolationsschicht auf, die den Lagenstapel nach oben und unten elektrisch isoliert. Hierzu kann beispielsweise ein elektrisch isolierendes Material auf die Randlagen 4, 5 aufgetragen sein.
Die 2 zeigt eine Detailansicht einer der Randlagen 4, 5. Zu erkennen ist die glatte Metallfolie 3 und die darunter angeordnet gewellte Metallfolie 2. Auf der Randlage 4, 5 ist eine Isolationsschicht 7 aufgetragen. Zusätzlich ist in 2 ein Haftvermittler 8 gezeigt, der beispielsweise dazu genutzt wird, um das Lotmaterial 9 an die Isolationsschicht 7 zu binden. Dieser mehrlagige Aufbau stellt somit einerseits die elektrische Isolation des Lagenstapels sicher und ermöglicht weiterhin die Verlötung des später aufgewickelten Lagenstapels zu einem Wabenkörper.
In 3 wird eine Detailansicht eines alternativen Lagenstapels gezeigt. Auf die gewellte Metallfolie 2 ist einen Isolationsschicht 10 aufgebracht, die sowohl an ihrer nach oben gerichteten Fläche als auch an ihrer nach unten gerichteten Fläche einen Haftvermittler 11 aufweist. Der nach unten gerichtete Haftvermittler 11 dient zur Anbindung der Isolationsschicht 10 an die gewellte Metallfolie 2. Der nach oben gerichtete Haftvermittler 11 dient zur Anbindung des Lotmaterials 12.
Die Isolationsschicht 10 kann beispielsweise durch einen keramischen Werkstoff gebildet sein.
Die 4 zeigt eine Ansicht einer fertigen Heizscheibe 13, die aus einem aufgewickelten Lagenstapel 1 gebildet ist. Der aufgewickelte Lagenstapel 1 ist in ein Gehäuse 14 eingesetzt und durch einen Lötvorgang im Gehäuse 14 fixiert, wobei die einzelnen Lagen relativ zueinander durch das auf den Randlagen aufgebrachte Lotmaterial fixiert sind.
Weiterhin ist eine Einleitstelle 15 dargestellt, die das Gehäuse 14 durchdringt und eine elektrisch leitfähige Verbindung zum aufgewickelten Lagenstapel 1 erzeugt. Hierüber kann ein Strom in den Lagenstapel eingeleitet werden.
Der aufgewickelte Lagenstapel 1 weist die gewellten und die glatten Metallfolien 17 auf, die durch die mit einer Isolationsschicht 16 beschichteten Randlagen eingefasst sind. Dadurch wird ein spiralförmig verlaufender Strompfad 18 erzeugt, der jeweils in radialer Richtung von den mit den Isolationsschichten 16 beschichteten Randlagen begrenzt ist.
Die 5 zeigt eine Detailansicht des aufgewickelten Lagenstapels 1 der 4. Insbesondere ist der Bereich im Zentrum des Lagenstapels 1 gezeigt, um welchen die Aufwicklung des Lagenstapels 1 erfolgte. Da in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Lagenstapel 1 um zwei Wickeldorne aufgewickelt wurde, ergibt sich für den Lagenstapel 1 im Bereich, um den die Aufwicklung stattgefunden hat, ein s-förmiger Verlauf.
Im linken Teil ist ein Strompfad 19 dargestellt, der durch die Isolationsschicht auf den Randlagen 20 begrenzt wird. Da der Strom den Weg des geringsten Widerstands wählt, wird der Strom hauptsächlich auf dem kürzest möglichen Weg durch den Strompfad 19 fließen. Dies hat insbesondere im Bereich der Knicke 22, 23 den Effekt, dass sich an der Innenseite der Knicke 22, 23 Hotspots 21 ausbilden, die sich aufgrund eines erhöhten Stromflusses stärker aufheizen als die äußeren Bereiche 24, 25 der Knicke 22, 23. Dies führt zu einer nachteiligen inhomogenen Wärmeverteilung in der Heizscheibe und soll daher vermieden werden.
Im rechten Teil der 5 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem zusätzlichen zu den Isolationsschichten an den Randlagen eine weitere Isolationsschicht auf einer Zwischenlage 26 in der Mitte des aufgewickelten Lagenstapels ausgebildet ist. Durch diese zusätzliche Isolationsschicht 26 wird der Strompfad in zwei Bereiche 27, 28 unterteilt, wodurch sichergestellt ist, dass zumindest der im Bereich 27, der den Außenbereich des linken Knickes umfasst, fließende Strom nicht im direkten Bereich des engeren Biegeradius fließt und diesen somit verstärkt aufheizt. Die zusätzliche Isolationsschicht 26 bildet hiermit praktisch eine Leitplanke für den Strom und schafft somit eine bessere Verteilung des Stromflusses im Bereich der Knickstellen und insbesondere im Bereich der engen Biegeradien, an welchen sich im linken Teil der 5 die Hotspots 21 ausgebildet haben.
6 zeigt eine schematische Ansicht einer Heizscheibe 30. Der Strom wird über eine Halbschale 31 in den aufgewickelten Lagenstapel 32 eingeleitet. Der Lagenstapel 32 weist in seinem Inneren eine Isolationsschicht 33 auf, die mitten zwischen den gewellten Lagen und den glatten Lagen angeordnet ist. Die Isolationsschicht 33 weist eine deutlich kürzere Erstreckung auf als der Rest der verwendeten Lagen. Dies führt dazu, dass im Bereich der Stromeinleitung keine Isolation zwischen den einzelnen Lagen ausgebildet ist. Erst ab dem Beginn der Isolationsschicht 33 wird der von dem Lagenstapel gebildete Strompfad 34 in zwei Teilpfade 35, 36 unterteilt. Die Isolationsschicht 33 erzeugt so insbesondere eine Aufteilung des Strompfades 34 in der Nähe der Wickelzentren, um welche der Lagenstapel aufgewickelt wurde.
In einer alternativen Ausgestaltung können auch mehrere Isolationsschichten vorgesehen werden, die den Strompfad noch feingliedriger aufteilen. Dies ist im Wesentlichen davon abhängig, wie exakt der Strompfad aufgeteilt werden soll, um eine möglichst homogene Verteilung zu erhalten.
Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden. Die Ausführungsbeispiele der 1 bis 6 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Claims

Katalysator mit einem Wabenkörper zur Nachbehandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors und mit einer elektrisch beheizbaren Heizscheibe (13, 30), wobei die Heizscheibe (13, 30) aus einer Mehrzahl von Metallfolien (2, 3, 4, 5, 17, 20) gebildet ist, die zu einem Lagenstapel (1, 32) aufeinander gestapelt sind und schließlich zu einem Wabenkörper mit einer Mehrzahl von Strömungskanälen (6) aufgewickelt sind, wobei in der Heizscheibe (13, 30) ein Isolationsmittel (7, 10, 16, 26, 33) angeordnet ist, über welches eine elektrische Isolation zwischen zumindest zwei zueinander benachbart angeordneten aufgewickelten Metallfolien (2, 3, 4, 5, 17, 20) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der obersten Randlage (4) und der untersten Randlage (5) des Lagenstapels zumindest eine weitere Zwischenlage des Lagenstapels zumindest einseitig eine Isolationsschicht (7, 10, 16, 26, 33) aufweist, wobei durch die isolierende Zwischenlage der Strompfad (19, 34) partiell in zumindest zwei voneinander getrennte Strompfade (27, 28, 35, 36) unterteilt wird.
Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmittel (7, 10, 16, 26, 33) durch eine mit einer Isolationsschicht beschichtete Metallfolie (7, 10, 16, 26, 33) gebildet ist.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagenstapel (1) aus einer Mehrzahl von strukturierten Metallfolien (2) und einer Mehrzahl von glatten Metallfolien (3) gebildet ist, die abwechselnd aufeinander gestapelt sind, wobei die oberste Randlage (4) und die unterste Randlage (5) des Lagenstapels (1) an ihren vom Zentrum des Lagenstapels (1)abgewandten Flächen eine Isolationsschicht (7) aufweist.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberste Randlage (4) und die unterste Randlage (5) des Lagenstapels (1) durch eine glatte Metallfolie (3) gebildet sind.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Isolationsschicht (7, 10) beschichteten Metallfolien (2, 3) auf der Isolationsschicht (7, 10) einen Haftvermittler (8, 11) und eine Lotschicht (12) zum Verlöten der Metallfolien (2, 3) aufweisen.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht mittels einer Aerosolabscheidung und/oder Flammspritzen auf die Metallfolie aufgebracht ist.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagenstapel (1, 32) um zumindest einen zentralen Drehpunkt aufgewickelt ist, wobei ein von den beiden Isolationsschichten (7, 10) auf den Randlagen (4, 5) in radialer Richtung begrenzter spiralförmiger Strompfad (18, 19, 34) ausgebildet ist.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zwischenlage selbst oder die Isolationsschicht (33) auf der Zwischenlage eine kürzere Erstreckung aufweist als die Isolationsschicht auf der äußeren oberen Randlage und der äußeren unteren Randlage.
Katalysator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsmittel durch einen mit einem Haftvermittler versehenen Werkstoff gebildet ist, der auf eine oder mehrere der Metallfolien aufgebracht und mit den Metallfolien aufgewickelt ist.
Katalysator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Haftvermittler versehene Werkstoff durch eine Grünkeramik gebildet ist.