DE102019101603A1

DE102019101603A1 - Heizorgan mit vereinfachter Handhabung für eine Fahrzeugabgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019101603A1
Application number: DE102019101603.7A
Authority: DE
Inventors: Christophe Tournier; Xavier Pierre Francois Bartolo
Original assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Current assignee: Faurecia Systemes dEchappement SAS
Priority date: 2018-02-01
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-08-01
Also published as: US10731530B2; CN110107382B; JP6734413B2; KR102143565B1; FR3077330B1; KR20190093511A; JP2019157852A; FR3077330A1; CN110107382A; US20190234266A1

Abstract

Dieses Heizorgan (30) ist für eine Anordnung gegenüber einer stromaufwärtigen (12) oder stromabwärtigen Fläche (14) eines Organs (10) zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs und in einem Abstand dazu eingerichtet. Es weist einen Befestigungskranz (40) mit einem elektrisch leitenden Rahmen (42) mit einer geometrischen Mitte (G), einen mittleren Halter (64), der im Wesentlichen in der geometrischen Mitte (G) des Rahmens (42) angeordnet ist, sowie mehrere langgestreckte Heizelemente (74) auf, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende (76, 78) aufweisen, die zueinander entgegengesetzt sind, wobei das erste Ende (76) mit dem Rahmen (42) und das zweite Ende (78) mit dem mittleren Halter (64) verbunden ist. Der Befestigungskranz (40) weist ferner mehrere elektrisch leitende radiale Vorsprünge (44) auf, die um den Rahmen (42) herum verteilt sind und jeweils von dem Rahmen (42) nach außen hervorstehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizorgan für eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, das für eine Anordnung gegenüber einer stromaufwärtigen oder stromabwärtigen Fläche eines Organs zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs und in einem Abstand dazu eingerichtet ist, wobei das Heizorgan vom Typ mit einem Befestigungskranz ist, der einen elektrisch leitenden Rahmen mit einer geometrischen Mitte aufweist, wobei das Heizorgan ferner einen im Wesentlichen in der geometrischen Mitte des Rahmens angeordneten mittleren Halter und mehrere langgestreckte Heizelemente aufweist, die mindestens eine abgasdurchlässige Schicht bilden, wobei jedes langgestreckte Heizelement ein erstes und ein zweites Ende aufweist, die zueinander entgegengesetzt sind, wobei das erste Ende mit dem Rahmen und das zweite Ende mit dem mittleren Halter verbunden ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Organ zur Versorgung einer Abgasreinigungsvorrichtung und eine Fahrzeugabgasreinigungsvorrichtung mit einem derartigen Heizorgan.
Die mit Verbrennungsmotoren ausgestatteten Fahrzeugabgasleitungen weisen üblicherweise katalytische Reinigungsorgane auf, mit denen beispielsweise NOx, CO und Kohlenwasserstoffe in N2, CO2 und H2O umgewandelt werden können. Derartige Organe sind nur dann wirksam, wenn das katalytische Material eine Mindesttemperatur hat.
Die WO2016/066551 beschreibt eine Reinigungsvorrichtung, bei der ein Heizorgan gegenüber der stromaufwärtigen Fläche eines Katalysators angebracht ist. Das Heizorgan umfasst einen Heizdraht, der über in die Kanäle des Katalysators eingedrückte Stifte befestigt ist.
Die Durchführung einer derartigen Befestigung mit einem hohen Takt ist heikel.
Darüber hinaus wird durch ein derartiges System die Auswahl des zu integrierenden Katalysators (Art des Substrats, Imprägnierung, ...) eingeschränkt.
In diesem Kontext besteht das Ziel der Erfindung darin, ein Heizorgan für eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs vorzuschlagen, das einfacher zu handhaben und insbesondere einfacher an einer Abgasreinigungsvorrichtung anzubringen ist. Weitere Ziele bestehen darin, dass das Heizorgan mühelos standardisiert und einfach, kompakt und ohne Beschädigungsgefahr transportiert werden kann, dass es mühelos bei jeglichem bestehenden Abgasreinigungsvorrichtungstyp integriert werden kann, dass es eine sehr begrenzte Auswirkung auf den Platzbedarf der Abgasleitung hat, dass es mit einem automatisierten Verfahren hergestellt werden kann und dass es eine optimale und rasche Erwärmung der Reinigungsvorrichtung ermöglicht.
Zu diesem Zweck ist der Gegenstand der Erfindung ein Heizorgan der vorgenannten Art, bei dem der Befestigungskranz ferner mehrere elektrisch leitende radiale Vorsprünge aufweist, die um den Rahmen herum verteilt sind, wobei jeder radiale Vorsprung ausgehend von dem Rahmen in eine zur geometrischen Mitte des Rahmens entgegensetzte Richtung hervorsteht.
Gemäß besonderen Ausführungsformen der Erfindung weist das Heizorgan auch eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale auf, die einzeln oder in jeglicher technisch möglichen Kombination herangezogen werden:

- jedes langgestreckte Heizelement ist mit dem Rahmen verlötet oder verschweißt;
- der Rahmen weist eine zur geometrischen Mitte ausgerichtete Innenfläche, eine zur geometrischen Mitte entgegengesetzt ausgerichtete Außenfläche und mehrere Durchgangsöffnungen auf, die jeweils in die Innenfläche und in die Außenfläche ausmünden, wobei jedes langgestreckte Heizelement in mindestens eine der Durchgangsöffnungen eingreift;
- der Rahmen weist einen Teilabschnitt auf, der die Innenfläche mit der Außenfläche verbindet, und bei jeder Durchgangsöffnung ist ein Spalt im Teilabschnitt ausgebildet, wobei sich der Spalt von der Innenfläche bis zur Außenfläche erstreckt und in die Durchgangsöffnung ausmündet;
- die Durchgangsöffnungen weisen bei jedem langgestreckten Heizelement eine primäre Öffnung und zwei sekundäre Öffnungen auf, wobei die sekundären Öffnungen nahe beieinanderliegen und von der primären Öffnung beabstandet sind, wobei die sekundären Öffnungen durch einen Rahmenabschnitt voneinander getrennt sind, wobei sich das erste Ende des langgestreckten Heizelements durch die primäre Öffnung erstreckt und eine Schlaufe um den Rahmenabschnitt bildet;
- die sekundären Öffnungen gehören zu dem langgestreckten Heizelement, wobei es sich die primäre Öffnung mit einem anderen langgestreckten Heizelement teilt;
- jedes langgestreckte Heizelement ist durch einen Metalldraht gebildet;
- der mittlere Halter besteht aus einer Scheibe aus leitendem Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. aus Kupfer, aus rostfreiem Stahl, aus einer Nickel-Chrom-Legierung oder aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung;
- die Scheibe weist eine erste große Fläche und eine zweite große Fläche, die zueinander entgegengesetzt sind, und mehrere Bohrungen auf, die in jede der großen Flächen ausmünden, wobei das zweite Ende jedes langgestreckten Heizelements hakenförmig umgebogen ist und in eine der Bohrungen eingreift.
- bei jeder Bohrung greifen die zweiten Enden von zwei langgestreckten Heizelementen in die Bohrung ein;
- die Bohrungen sind im Wesentlichen entsprechend einem Kreis angeordnet, der im Wesentlichen auf die Mitte der Scheibe zentriert ist; und
- die Scheibe ist ringförmig.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Versorgungsorgan für eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, wobei das Versorgungsorgan Folgendes aufweist:

- einen Mantel aus einem elektrisch leitenden Material, wobei der Mantel eine stromaufwärtige Fläche, über die die Abgase in das Versorgungsorgan dringen, und eine stromabwärtige Fläche aufweist, über die die Abgase aus dem Versorgungsorgan austreten, und
- ein wie vorstehend definiertes Heizorgan, das im Mantel gegenüber der stromabwärtigen Fläche angeordnet ist, wobei das Heizorgan so im Mantel angebracht ist, dass jeder radiale Vorsprung den Mantel berührt.

Gemäß besonderen Ausführungsformen der Erfindung weist das Versorgungsorgan eines oder mehrere der nachfolgenden Merkmale auf, die einzeln oder in jeglicher technisch möglichen Kombination herangezogen werden:

- das Versorgungsorgan weist eine elektrische Versorgung und eine Elektrode auf, die den mittleren Halter mit einer ersten Anschlussklemme der elektrischen Versorgung elektrisch verbindet, wobei sich die Elektrode durch den Mantel erstreckt und dabei von dem Mantel elektrisch isoliert ist, wobei der Mantel mit einer zweiten Anschlussklemme der elektrischen Versorgung oder mit Masse elektrisch verbunden ist;
- der mittlere Halter ist mit der Elektrode verschraubt, verschweißt oder verlötet; und
- das Heizorgan ist mit dem Mantel verschweißt, verlötet oder mit Kraft darin eingeschoben.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, die mindestens ein Abgasreinigungsorgan mit einer stromaufwärtigen Fläche, über die die Abgase in das Reinigungsorgan dringen, und mit einer stromabwärtigen Fläche, über die die Abgase aus dem Reinigungsorgan austreten, aufweist, wobei die Reinigungsvorrichtung ferner mindestens ein wie oben definiertes Versorgungsorgan aufweist, das so angeordnet ist, dass die stromabwärtige Fläche des Mantels des Versorgungsorgans mit der stromaufwärtigen Fläche des Reinigungsorgans im Wesentlichen zusammenfällt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung, die lediglich beispielhaft gegeben ist und sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Darin zeigen:

- 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Kraftfahrzeug-Abgasleitung, in der eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung integriert ist,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Organs zur Versorgung einer Reinigungsvorrichtung der Abgasleitung aus 1,
- 3 eine perspektivische Seitenansicht eines Heizorgans des Versorgungsorgans aus 2 und
- 4 eine Vorderansicht eines Ausschnitts des Heizorgans aus 3.

Die in 1 gezeigte Abgasleitung 1 ist für die Implementierung in einem Fahrzeug, üblicherweise in einem mit einem Verbrennungsmotor 3 ausgestatteten Fahrzeug vorgesehen ist. Bei diesem Fahrzeug handelt es sich üblicherweise um ein Kraftfahrzeug, z.B. um ein Auto oder einen Lastwagen.
Wie in 1 zu sehen ist, weist die Abgasleitung 1 einen Krümmer 5, der die aus den Verbrennungskammern des Verbrennungsmotors 3 austretenden Abgase auffängt, und ein Rohr 7 auf, der die Abgabe der Abgase in die Atmosphäre ermöglicht. Die Abgasleitung 1 weist auch eine Abgasreinigungsvorrichtung 9 auf, die fluidisch zwischen dem Krümmer 5 und dem Rohr 7 angeordnet ist, so dass die zu dem Rohr 7 gelangenden Abgase von der Reinigungsvorrichtung 9 gereinigt wurden.
Diese Reinigungsvorrichtung 9 weist mindestens ein Abgasreinigungsorgan 10 mit einer stromaufwärtigen Fläche 12, über die die Abgase in das Reinigungsorgan 10 dringen, und mit einer stromabwärtigen Fläche 14, über die die Abgase aus dem Reinigungsorgan 10 treten, auf.
In der vorliegenden Beschreibung sind stromaufwärtig und stromabwärtig in Bezug auf die normale Zirkulationsrichtung der Abgase in der Abgasleitung 1 zu verstehen.
Bei dem Reinigungsorgan 10 handelt es sich z.B. um einen SCR-Katalysator, einen Dreiwege-Katalysator, einen Oxidationskatalysator, einen SCRF-Partikelfilter oder eine NOx-Falle. Es hat eine (nicht gezeigte) Symmetrieachse.
Die Reinigungsvorrichtung 9 weist auch eine Hülse 16 auf, in der das Reinigungsorgan 10 angeordnet ist, sowie eine Halteeinlage 18 auf, die zwischen dem Reinigungsorgan 10 und der Hülse 16 angeordnet ist.
Die Reinigungsvorrichtung 9 weist auch ein Versorgungsorgan 20 für die Versorgung des Reinigungsorgans 10 mit den aus dem Krümmer 5 stammenden Abgasen und ein Sammelorgan 22 auf, um die aus dem Reinigungsorgan 10 austretenden gereinigten Organe zu sammeln und diese zum Rohr 7 zu leiten.
Das Versorgungsorgan 20 besteht üblicherweise aus einem Eingangskegel oder aus einem Mischer. Dieser ist fluidisch zwischen dem Krümmer 5 und dem Reinigungsorgan 10 angeordnet und weist einen Abgaseinlass 24 auf, der fluidisch mit dem Krümmer 5 verbunden ist.
Das Sammelorgan 22 besteht üblicherweise aus einem Auslasskegel. Er ist fluidisch zwischen dem Reinigungsorgan 10 und dem Rohr 7 angeordnet und weist einen Abgasauslass 26 auf, der fluidisch mit dem Rohr 7 verbunden ist.
Das Versorgungsorgan 20 weist insbesondere einen Mantel 28 aus elektrisch leitendem Material, der einen Durchlass für die Abgase begrenzt, sowie ein im Mantel 28 aufgenommenes Heizorgan 30 auf. Das Versorgungsorgan 20 weist auch eine elektrische Versorgung 32 mit einer ersten Anschlussklemme 33A und einer zweiten Anschlussklemme 33B für die Versorgung des Heizorgans 30 mit Strom auf.
Der Mantel 28 ist üblicherweise mittels einer elektrischen Verbindung, die durch einen mit dem Mantel 28 verschweißten Gewindestift gebildet ist, mit der ersten Anschlussklemme 33A der elektrischen Versorgung 32 elektrisch verbunden. Als (nicht gezeigte) Variante ist der Mantel 28 über eine elektrische Verbindung der gleichen Art elektrisch mit Masse verbunden.
Wie in 1 zu sehen ist, weist der Mantel 28 eine stromaufwärtige Fläche 34, über die die Abgase in das Versorgungsorgan 20 dringen, und eine stromabwärtige Fläche 36 auf, über die die Abgase aus dem Versorgungsorgan 20 austreten. Der Mantel 28 ist dazu geeignet, die über die stromaufwärtige Fläche 34 eindringenden Abgase bis zur stromabwärtigen Fläche 36 zu leiten. Das Versorgungsorgan 20 ist in Bezug auf das Reinigungsorgan 10 so angeordnet, dass die stromabwärtige Fläche 36 des Mantels 28 im Wesentlichen mit der stromaufwärtigen Fläche 12 des Reinigungsorgans 10 zusammenfällt.
Der Mantel 28 ist üblicherweise durch eine Schweiß-, Niet- oder Schraubverbindung an der Hülse 16 befestigt.
Der Mantel 28 ist rohrförmig und auf eine Achse C zentriert, die die stromaufwärtige Fläche 34 mit der stromabwärtigen Fläche 36 verbindet. Diese Achse C fällt im Wesentlichen mit der Symmetrieachse des Reinigungsorgans 10 zusammen.
Wie in 2 zu sehen ist, bildet der Mantel 28 ein Bauteil, das dazu geeignet ist, die mechanischen Belastungen, die einer Abgasleitung eigen sind, zu erfahren, ohne sich zu verformen.
Der Mantel 28 ist hier kreiszylindrisch. Als Variante hat der Mantel 28 einen polygonalen radialen Querschnitt. Als weitere Variante ist der Mantel 28 kegelstumpfförmig.
Wie in 2 zu sehen ist, kann das Versorgungsorgan 20 auch für die Vermischung der Abgase mit einem Zusatzstoff wie AdBlue® geeignet sein, wenn es sich bei dem Reinigungsorgan 10 um eines vom Typ SCR oder SCRF handelt.
Bezugnehmend auf 2 ist das Heizorgan 30 im Mantel 28 gegenüber der stromabwärtigen Fläche 36 und in Bezug auf diese stromabwärtige Fläche 36 geringfügig zum Inneren des Versorgungsorgans 20 eingerückt aufgenommen. Unter „geringfügig eingerückt“ ist zu verstehen, dass das Heizorgan 30 einen Abstand von 1 bis 50 mm zur stromabwärtigen Fläche 36 hat. Das Heizorgan 30 ist somit gegenüber der stromaufwärtigen Fläche 12 des Reinigungsorgans 10 und in einem Abstand dazu angeordnet.
Als (nicht gezeigte) Alternative ist das Heizorgan 30 im Mantel 28 gegenüber der stromaufwärtigen Fläche 34 und in Bezug auf diese stromaufwärtige Fläche 34 geringfügig zum Inneren des Versorgungsorgans 20 eingerückt aufgenommen.
Das Heizorgan 30 ist im Wesentlichen eben, d.h. es hat eine axiale Dicke, die weniger als 20% und vorzugsweise weniger als 10% seines radialen Durchmessers beträgt.
Das Heizorgan 30 weist einen Befestigungskranz 40 auf. Dieser Befestigungskranz 40 weist einen elektrisch leitenden Rahmen 42 mit einer geometrischen Mitte G und mehrere elektrisch leitende radiale Vorsprünge 44 auf, die um den Rahmen 42 verteilt sind, wobei jeder radiale Vorsprung 44 ausgehend von dem Rahmen 42 in einer zur geometrischen Mitte G des Rahmens 42 entgegengesetzte Richtung hervorsteht.
Die Mitte G ist im Wesentlichen auf die Achse C ausgerichtet, d.h. die Mitte G hat einen Abstand von weniger als 10 mm, vorteilhafterweise von weniger als 5 mm zur Achse C.
Bezugnehmend auf 3 weist der Rahmen 42 eine zur geometrischen Mitte G ausgerichtete Innenfläche 50, eine zur geometrischen Mitte G entgegengesetzt ausgerichtete Außenfläche 52 und zwei entgegengesetzte Teilabschnitte 54, 55 auf, die jeweils die Innenfläche 50 mit der Außenfläche 52 verbinden.
Der Rahmen 42 weist auch mehrere Durchgangsöffnungen 56, 58 auf, die jeweils in die Innenfläche und in die Außenfläche 50, 52 ausmünden. Diese Durchgangsöffnungen 56, 58 umfassen primäre Öffnungen 56 und sekundäre Öffnungen 58, die am Rahmen 42 entlang so verteilt sind, dass bei jedem Paar aufeinanderfolgender primärer Öffnungen 56 vier sekundäre Öffnungen 58 zwischen diesen primären Öffnungen 56 angeordnet sind.
Jede primäre Öffnung 56 ist im Wesentlichen radial auf einen entsprechenden radialen Vorsprung 44 ausgerichtet.
Die sekundären Öffnungen 58 sind paarweise verteilt, wobei jedes Paar umfangsmäßig von einer primären Öffnung 56 und einer sekundären Öffnung 58 umrahmt ist, wobei die sekundären Öffnung 58 ein- und desselben Paares nahe beieinanderliegen und von der primären Öffnung 56 und von der sekundären Öffnung 58, die umfangsmäßig dieses Paar umrahmen, beabstandet sind.
Die sekundären Öffnungen 58 ein- und desselben Pares sind somit durch einen relativ engen Rahmenabschnitt 60 voneinander getrennt.
Der Rahmen 42 weist auch für jede Durchgangsöffnung 56, 58 einen im Teilabschnitt 54 ausgebildeten Spalt 62 auf, wobei sich der Spalt 62 von der Innenfläche 50 bis zur Außenfläche 52 erstreckt und in die Durchgangsöffnung 56, 58 ausmündet.
Bei jeder primären Öffnung 56 ist der entsprechende Spalt 62 auf die primäre Öffnung 56 zentriert. Bei jeder sekundären Öffnung 58 ist der entsprechende Spalt 62 in Umfangsrichtung von der zu demselben Paar gehörenden sekundären Öffnung 58 beabstandet versetzt.
Der Rahmen 42 ist dünn, d.h. er hat eine zwischen dem Teilabschnitt 54 und dem entgegengesetzten Teilabschnitt 55 gemessene Dicke, die weniger als 10% des Durchmessers des Rahmens 42 beträgt.
Der Rahmen 42 hat insbesondere eine geschlossene Kontur.
Jeder radiale Vorsprung 44 ist vorteilhafterweise mit dem Rahmen 42 einstückig ausgebildet. Er besteht üblicherweise aus einer Lasche, die einteilig mit dem Rahmen 42 ausgebildet und in Bezug auf den Rahmen 42 umgebogen ist, so dass sie vom Rahmen 42 nach außen hervorsteht.
Der Befestigungskranz 40 ist mit dem Mantel 28 verschweißt, verlötet oder mit Kraft darin eingeschoben, so dass jeder radiale Vorsprung 44 den Mantel 28 berührt. Somit hat der Befestigungskranz 40 und insbesondere sein Rahmen 42 im Wesentlichen das gleiche elektrische Potenzial wie der Mantel 28.
Erneut mit Bezug auf 2 weist das Heizorgan 30 auch einen mittleren Halter 64 auf, der im Wesentlichen in der geometrischen Mitte G des Rahmens 42 angeordnet ist.
Der mittlere Halter 64 hat einen Durchmesser, der weniger als 20% des Durchmessers des Rahmens 42 beträgt.
Der mittlere Halter 64 ist über eine Elektrode 65, die sich durch den Mantel 28 erstreckt und dabei von diesem elektrisch isoliert ist, mit der zweiten Anschlussklemme 33B der elektrischen Versorgung 32 elektrisch verbunden. Der mittlere Halter 64 ist insbesondere durch eine Schraub-, Schweiß-, Lötverbindung oder durch jegliches andere geeignete Mittel mit der Elektrode 65 verbunden.
Die Elektrode 65 ist starr an dem Mantel 28 befestigt.
Bezugnehmend auf 4 besteht der mittlere Halter 64 aus einer Scheibe 66 aus leitendem Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. aus Kupfer, aus rostfreiem Stahl, aus einer Nickel-Chrom-Legierung oder aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung.
Diese Scheibe 66 ist hier ringförmig.
Die Scheibe 66 weist eine erste große Fläche 68 und eine zweite große Fläche 70, die zueinander entgegengesetzt sind, und mehrere Bohrungen 72 auf, die in jede der großen Flächen 68, 70 ausmünden. Diese Bohrungen 72 sind im Wesentlichen entsprechend einem Kreis angeordnet, der im Wesentlichen auf die Mitte der Scheibe 66 zentriert ist.
Erneut mit Bezug auf 2 weist das Heizorgan 30 zusätzlich mehrere langgestreckte Heizelemente 74 auf, die mindestens eine abgasdurchlässige Schicht bilden.
Die langgestreckten Heizelemente 74 bilden hier eine Platte mit geringer Dicke, die entlang der Achse C nicht über den Rahmen 42 hervorsteht.
Jedes langgestreckte Heizelement 74 weist ein erstes Ende 76 und ein zweites Ende 78 auf, die zueinander entgegengesetzt sind. Das erste Ende 76 ist mit dem Rahmen 42 verbunden, und das zweite Ende 78 ist mit dem mittleren Halter 64 verbunden.
Das erste Ende 76 ist somit mit der ersten Anschlussklemme 33A der elektrischen Versorgung 32 elektrisch verbunden, und das zweite Ende 78 ist mit der zweiten Anschlussklemme 33B der elektrischen Versorgung 32 elektrisch verbunden. Wenn die elektrische Versorgung 32 aktiv ist, besteht somit eine Differenz des elektrischen Potentials zwischen dem ersten Ende 76 und dem zweiten Ende 78 jedes langgestreckten Heizelements 74. Diese Differenz des elektrischen Potentials hängt von der Potentialdifferenz zwischen den Anschlussklemmen 33A, 33B der elektrischen Versorgung 32 ab.
Bezugnehmend auf 3 greift das erste Ende 76 in mehrere Durchgangsöffnungen 56, 58 des Rahmens 42 ein. Das erste Ende 76 erstreckt sich insbesondere durch eine primäre Öffnung 56 und durch die beiden sekundären Öffnungen 58 eines Paares sekundärer Öffnungen 58, das an die primäre Öffnung 56 angrenzt, wodurch mindestens eine Schlaufe um den Rahmenabschnitt 60, der diese sekundären Öffnungen 58 trennt, gebildet wird. Mit dieser Anordnung ist es möglich, eine gute Halterung des ersten Endes 76 am Rahmen 42 sicherzustellen.
Die sekundären Öffnungen 58, in die das erste Ende 76 eines langgestreckten Heizelements 74 eingreift, gehören zum ersten Ende 76, d.h. kein anderes langgestrecktes Heizelement 74 greift in diese sekundären Öffnungen 58 ein.
Die primäre Öffnung 56, in die das erste Ende 76 eines langgestreckten Heizelements 74 eingreift, gehört jedoch auch zu einem anderen langgestreckten Heizelement 74, dessen erstes Ende 76 auch in die primäre Öffnung 56 eingreift. Die ersten Enden 76 sind jedoch voneinander beabstandet, wobei diese ersten Enden 76 gegenüberliegende Wände der primären Öffnung 56 berühren.
Das erste Ende 76 jedes langgestreckten Heizelements 74 ist darüber hinaus insbesondere auf Höhe der primären Öffnung 56, die von dem ersten Ende 76 durchquert wird, mit dem Rahmen 42 verlötet oder verschweißt. Dadurch kann die Halterung dieses ersten Endes 76 am Rahmen 42 verstärkt und ein guter elektrischer Kontakt zwischen dem ersten Ende 76 und dem Rahmen 42 gewährleistet werden.
Bezugnehmend auf 4 ist das zweite Ende 78 jedes langgestreckten Heizelements 74 seinerseits hakenförmig umgebogen und greift in eine der Bohrungen 72 ein. Bei jeder Bohrung 72 greifen insbesondere die zweiten Enden 78 von zwei langgestreckten Heizelementen 74 in die Bohrung 72 ein. Auch hier ist es mit dieser Anordnung möglich, eine gute Halterung der langgestreckten Heizelemente 74 am mittleren Halter 64 sicherzustellen.
Jedes langgestreckte Heizelement 74 ist auch zwischen seinem ersten und seinem zweiten Ende 76, 78 mit mindestens einem weiteren der langgestreckten Heizelemente 74 verbunden.
Dazu sind die langgestreckten Heizelemente 74, wie in 2 zu sehen ist, entsprechend einem Muster angeordnet, das sich umfangsmäßig um die geometrische Mitte G herum wiederholt, d.h. bei Betrachtung der zur Ebene des Heizorgans 30 senkrechten Achse, die durch die geometrische Mitte G verläuft, wiederholt sich das von den langgestreckten Heizelementen 74 gezeichnete Muster mit einer bestimmten Periode um die Achse herum. Mit anderen Worten wiederholt sich das von den langgestreckten Heizelementen 74 in einem Winkelsektor um die geometrische Mitte G gezeichnete Muster durch Rotation um die Achse um einen Winkel, der mit demjenigen des Winkelsektors identisch ist. Bei dem dargestellten Beispiel ist somit der sich wiederholende Winkelsektor ein Winkelsektor von 40°, dessen Muster also neun Mal um die geometrische Mitte G herum reproduziert wird.
Die langgestreckten Heizelemente 74 sind über entsprechende Kontaktpunkte 80 miteinander in Kontakt, wobei zwei Kontaktpunkte 80 von zwei getrennten langgestreckten Heizelementen 74, die miteinander in Kontakt sind, das gleiche elektrische Potential haben.
Alle Berührungspunkte 80 sind vorzugsweise auf mehreren Äquipotenziallinien L mit geschlossener Kontur angeordnet. Einige dieser Linien sind in 2 dargestellt. Die Äquipotenziallinien L sind im Wesentlichen auf die geometrische Mitte G zentriert.
Die Äquipotenziallinien L sind z.B. Kreise, die auf die geometrische G zentriert sind.
Alle Berührungspunkte 80 mit dem gleichen elektrischen Potenzial liegen auf ein- und derselben Äquipotenziallinie L. Es ist möglich, dass einige Äquipotenziallinien L zusammenfallen.
Die Äquipotenziallinien L haben alle einen zunehmenden mittleren Durchmesser, wenn das elektrische Potenzial abnimmt.
Um eine derartige Anordnung zu ermöglichen, liegen zwei Kontaktpunkte 80 von zwei getrennten langgestreckten Heizelementen 74, die miteinander in Kontakt sind, entlang der langgestreckten Heizelemente 74 mit dem gleichen Abstand zu den entsprechenden ersten Enden 76 der beiden langgestreckten Heizelemente 74.
Diese Kontaktpunkte 80 liegen auch üblicherweise im gleichen Abstand zu den entsprechenden zweiten Enden 78 der beiden langgestreckten Heizelemente 74.
Dadurch ist es besonders vorteilhaft, wenn alle langgestreckten Heizelemente 74 zwischen ihrem jeweiligen ersten und zweiten Ende 76, 78 gemessen die gleiche Länge haben.
Bei dem gezeigten Beispiel nimmt jedes langgestreckte Heizelement 74 jeweils einen Winkelsektor um die geometrische Mitte G ein. Die von den langgestreckten Heizelementen 74 eingenommenen Winkelsektoren grenzen aneinander an.
Der von einem langgestreckten Heizelement 74 eingenommene Winkelsektor besteht aus der Hälfte eines Winkelsektors des sich wiederholenden Musters.
Jedes langgestreckte Heizelement 74 ist insbesondere im Zickzack angeordnet und bildet alternativ ein erstes und ein zweites Segment 82, 84, die über Biegungen 86 verbunden sind.
Die ersten Segmente 82 erstrecken sich radial zur geometrischen Mitte G und in einer ersten Richtung umfangsmäßig um die geometrische Mittel G. Diese erste Richtung verläuft in der Darstellung von 2 im Uhrzeigersinn.
Die zweiten Segmente 84 erstrecken sich radial zur geometrischen Mitte G und in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung umfangsmäßig um die geometrische Mitte G. Die zweite Richtung verläuft bei der Darstellung aus 2 gegen den Uhrzeigersinn.
Zwei langgestreckte Heizelemente 74, die benachbarte Winkelsektoren einnehmen, sind über ihre entsprechenden Biegungen 86 miteinander verbunden. Die Biegungen 86 definieren somit die Kontaktpunkte 80 zwischen den langgestreckten Heizelementen 74.
Jedes langgestreckte Element 74 ist lediglich mit dem Befestigungskranz 40, dem mittleren Halter 64 und mit seinen benachbarten langgestreckten Heizelementen 74 verbunden. Darunter ist zu verstehen, dass jedes langgestreckte Heizelement 74 lediglich mit den Elementen, die das Heizorgan 30 bilden, und mit keinem der anderen Elemente der Reinigungsvorrichtung 9 verbunden ist.
Jedes langgestreckte Heizelement 74 besteht aus einem resistiven Element.
Vorzugsweise hat keines der langgestreckten Heizelemente 74 einen elektrisch isolierenden Überzug.
Jedes langgestreckte Heizelement 74 ist dazu geeignet, unter der Wirkung der zwischen seinem ersten und seinem zweiten Ende 76, 78 angelegten Potentialdifferenz und der von der elektrischen Versorgung 32 bereitgestellten Leistung auf eine Temperatur erwärmt zu werden, die zwischen 150 und 1300°C, vorzugsweise zwischen 200 und 1000°C beträgt, so dass es die thermische Leistung durch Konvektion zu den Abgasen leitet und/oder im Infrarotbereich emittiert. Jedes langgestreckte Heizelement 74 ist auch dazu geeignet, in Gegenwart von Abgasen einer Oxidation standzuhalten. Zu diesem Zweck ist jedes langgestreckte Heizelement 74 üblicherweise aus einem Material hergestellt, das aus FeCrAl und seinen Legierungen, NiCr und seinen Legierungen, rostfreiem Stahl, Inconel® oder Siliciumcarbid ausgewählt ist. Jedes langgestreckte Heizelement 74 besteht z.B. aus Kanthal® A1, aus Nichrome® 80 oder aus Nikrothal® 80.
Jedes langgestreckte Heizelement 74 hat darüber hinaus einen geraden Querschnitt, der vorzugsweise weniger als 20 mm², weiter bevorzugt zwischen 0,002 mm² und 10 mm², noch weiter bevorzugt zwischen 0,075 mm² und 5 mm², und in einer noch bevorzugteren Weise zwischen 0,03 mm² und 0,2 mm² beträgt. Bei langgestreckten Heizelementen 74 mit kreisförmigem Querschnitt entspricht dies einem Durchmesser, der vorzugsweise weniger als 5 mm, weiter bevorzugt zwischen 0,05 mm und 3,5 mm, noch weiter bevorzugt zwischen 0,1 mm und 2,5 mm und in einer noch bevorzugteren Weise zwischen 0,2 mm und 0,5 mm beträgt.
Bei dem dargestellten Beispiel besteht jedes langgestreckte Heizelement 74 insbesondere aus einem Metalldraht. In diesem Fall sind die langgestreckten Heizelemente 74 auf Höhe ihrer Kontaktpunkte 80 über entsprechende verschachtelte Abschnitte, wie hier gezeigt ist, und/oder durch Bindedrähte und/oder durch Schweißpunkte aneinander befestigt.
Die nominale Betriebstemperatur des Heizorgans 30 sowie die nominale Gesamtstrahlungswärmeleistung und ggf. die nominale Gesamtkonvektionswärmeleistung des Heizorgans 30 bestimmen die für die langgestreckten Heizelemente 74 erforderliche Gesamtaußenfläche. Diese Fläche bestimmt ihrerseits den geraden Querschnitt jedes langgestreckten Heizelements 74 und die Gesamtlänge der langgestreckten Heizelemente 74.
Der gerade Querschnitt jedes langgestreckten Heizelements 74 wird insbesondere unter Berücksichtigung der Merkmale der elektrischen Versorgung 32 bestimmt. Der elektrische Widerstand jedes langgestreckten Heizelements 74 nimmt nämlich mit der Länge dieses Heizelements zu und nimmt mit seinem Querschnitt ab. Jedes langgestreckte Heizelement 74 hat somit zwischen seinem ersten und seinem zweiten Ende 76, 78 eine durch die zwischen dem ersten und dem zweiten Ende 76, 78 angelegte Potentialdifferenz bedingte Länge.
Bei einer nominalen elektrischen Leistung von 2 kW unter 12 Volt beträgt die Gesamtlänge der langgestreckten Heizelemente 74 etwa 4 Meter für Elemente mit einem Querschnitt von 0,2 mm². Diese Gesamtlänge wird hier durch die Verwendung von achtzehn langgestreckten Heizelementen 74 mit einer Länge von je 22 cm erreicht.
Erneut mit Bezug auf 1 weist die elektrische Versorgung 32 eine elektrische Energiequelle 90 auf, die z.B. durch die elektrische Batterie des Fahrzeugs oder durch eine Superkondensator-Vorrichtung gebildet ist.
Die elektrische Energiequelle 90 ist üblicherweise dazu geeignet, bei einer fahrzeugabhängigen Spannung (z.B. 12, 48 oder 400 Volt) einen Gleichstrom oder einen zerhackten Strom bereitzustellen.
Die elektrische Versorgung 32 weist eine Steuereinrichtung 93 auf, die so eingerichtet ist, dass sie die Versorgung des Heizorgans 30 mit elektrischer Energie ansteuert.
Die Steuereinrichtung 93 umfasst z.B. eine durch einen Prozessor gebildete Informationsverarbeitungseinheit und einen dem Prozessor zugeordneten Speicher. Als Variante ist die Steuereinrichtung 93 in Form von programmierbaren logischen Komponenten, wie etwa FPGA (Field-Programmable Gate Array) oder in Form von dedizierten integrierten Schaltungen, wie etwa ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) ausgebildet.
Die Steuereinrichtung 93 ist insbesondere dazu ausgebildet, die Spannung und den elektrischen Strom, die von der elektrischen Versorgung 32 für das Heizorgan 30 bereitgestellt werden, so auszuwählen, dass die verbrauchte Heizleistung und/oder die verbrauchte elektrische Leistung innerhalb einer vorbestimmten Spanne bleibt bzw. bleiben.
Üblicherweise steuert die Steuereinrichtung 93 das Heizen durch Pulsweitenmodulation (PWM, engl. Pulse Width Modulation).
Die elektrische Versorgung 32 weist auch ein Organ 94 zur Erfassung der Stärke des elektrischen Stroms, mit dem die linearen Heizelemente 74 gespeist werden, und der elektrischen Spannung an den Anschlussklemmen der linearen Heizelemente 74 auf.
Dieses Organ 94 ist jeglichen geeigneten Typs.
Das Erfassungsorgan 94 umfasst z.B. einen Sensor 95 zur Messung des elektrischen Stroms und einen Sensor 97 zur Messung der elektrischen Spannung. Als Variante werden die Stärke des elektrischen Stroms und die elektrische Spannung ausgehend von aus der Steuereinheit 93 abgerufenen Informationen durch Berechnung erhalten.
Die Steuereinrichtung 93 ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, die Temperatur der langgestreckten Heizelemente 74 zu steuern, den ordnungsgemäßen Betriebszustand der langgestreckten Heizelemente 74 zu überwachen, die Temperatur der Abgase zu bestimmen, wenn das Heizorgan 30 nicht mehr zum Erwärmen des Reinigungsorgans 10 verwendet wird, und den Abgasdurchsatz durch das Reinigungsorgan 10 zu bestimmen, sobald das Heizorgan 30 nicht mehr zum Erwärmen des Reinigungsorgans 10 verwendet wird. Zu diesem Zweck ist die Steuereinrichtung 93 üblicherweise dazu ausgebildet, die in der Anmeldung FR 17 53059 beschriebenen Steuerungsprogramme auszuführen.
Aufgrund der vorstehend beschriebenen Erfindung ist es somit möglich, das Heizorgan 30 mühelos zu handhaben, insbesondere es ohne Gefahr einer Beschädigung zu transportieren und auf einfache Weise und ohne Auswirkung auf den Platzverbrauch der Abgasleitung an einer bestehenden Abgasreinigungsvorrichtung anzubringen.
Das Heizorgan 30 ermöglicht ferner eine optimale und rasche Erwärmung der erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung 9.
Auch wenn in der oben angegebenen Beschreibung das Heizorgan 30 als stromaufwärts des Reinigungsorgans 10 angeordnet beschrieben ist, ist anzumerken, dass die Erfindung nicht auf diese einzige Ausführungsform beschränkt ist. Dementsprechend ist bei nicht gezeigten Varianten der Erfindung das Heizorgan 30 stromabwärts des Reinigungsorgans 10 oder zwischen dem Reinigungsorgan 10 und einem weiteren (nicht gezeigten) Reinigungsorgan der Reinigungsvorrichtung 9 angeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/066551 [0004]
FR 1753059 [0097]

Claims

Heizorgan (30) für eine Vorrichtung (9) zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, das für eine Anordnung gegenüber einer stromaufwärtigen (12) oder stromabwärtigen Fläche (14) eines Organs (10) zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs und in einem Abstand dazu eingerichtet ist, wobei das Heizorgan (30) einen Befestigungskranz (40) mit einem elektrisch leitenden Rahmen (42) mit einer geometrischen Mitte (G) aufweist, wobei das Heizorgan (30) ferner einen mittleren Halter (64) aufweist, der im Wesentlichen in der geometrischen Mitte (G) des Rahmens (42) angeordnet ist, sowie mehrere langgestreckte Heizelemente (74), die mindestens eine abgasdurchlässige Schicht bilden, wobei jedes langgestreckte Heizelement (74) ein erstes und ein zweites Ende (76, 78) aufweist, die zueinander entgegengesetzt sind, wobei das erste Ende (76) mit dem Rahmen (42) und das zweite Ende (78) mit dem mittleren Halter (64) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungskranz (40) ferner mehrere elektrisch leitende radiale Vorsprünge (44) aufweist, die um den Rahmen (42) herum verteilt sind, wobei jeder radiale Vorsprung (44) ausgehend von dem Rahmen (42) in eine zur geometrischen Mittel (G) des Rahmens (42) entgegengesetzte Richtung hervorsteht.
Heizorgan (30) nach Anspruch 1, bei dem der Rahmen (42) eine zur geometrischen Mitte (G) ausgerichtete Innenfläche (50), eine zur geometrischen Mitte (G) entgegengesetzt ausgerichtete Außenfläche (44) und mehrere Durchgangsöffnungen (56, 58) aufweist, die jeweils in die Innenfläche und in die Außenfläche (50, 52) ausmünden, wobei jedes langgestreckte Heizelement (74) in mindestens eine der Durchgangsöffnungen (56, 58) eingreift.
Heizorgan (30) nach Anspruch 2, bei dem der Rahmen (42) einen Teilabschnitt (54) aufweist, der die Innenfläche (50) mit der Außenfläche (52) verbindet, und bei jeder Durchgangsöffnung (56, 58) ein Spalt (62) im Teilabschnitt (54) ausgebildet ist, wobei sich der Spalt (62) von der Innenfläche (50) bis zur Außenfläche (52) erstreckt und in die Durchgangsöffnung (56, 58) ausmündet.
Heizorgan (30) nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Durchgangsöffnungen (56, 58) bei jedem langgestreckten Heizelement (74) eine primäre Öffnung (56) und zwei sekundäre Öffnungen (58) aufweisen, wobei die sekundären Öffnungen (58) nahe beieinanderliegen und von der primären Öffnung (56) beabstandet sind, wobei die sekundären Öffnungen (58) durch einen Rahmenabschnitt (60) voneinander getrennt sind, wobei sich das erste Ende (76) des langgestreckten Heizelements (74) durch die primäre Öffnung (56) erstreckt und eine Schlaufe um den Rahmenabschnitt (60) bildet.
Heizorgan (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mittlere Halter (64) aus einer Scheibe (66) aus leitendem Material, vorzugsweise aus Metall, z.B. aus Kupfer, aus rostfreiem Stahl, aus einer Nickel-Chrom-Legierung oder aus einer Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung besteht.
Heizorgan (30) nach Anspruch 5, bei dem die Scheibe (66) eine erste große Fläche (68) und eine zweite große Fläche (70), die zueinander entgegengesetzt sind, und mehrere Bohrungen (72) aufweist, die in jede der großen Flächen (68, 70) ausmünden, wobei das zweite Ende (78) jedes langgestreckten Heizelements (74) hakenförmig umgebogen ist und in eine der Bohrungen (72) eingreift.
Heizorgan (30) nach Anspruch 6, bei dem bei jeder Bohrung (72) die zweiten Enden (78) von zwei langgestreckten Heizelementen (74) in die Bohrung (72) eingreifen.
Versorgungsorgan (20) für eine Vorrichtung (9) zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, wobei das Versorgungsorgan (20) Folgendes aufweist: - einen Mantel (28) aus einem elektrisch leitenden Material, wobei der Mantel (28) eine stromaufwärtige Fläche (34), über die die Abgase in das Versorgungsorgan (20) dringen, und eine stromabwärtige Fläche (36) aufweist, über die die Abgase aus dem Versorgungsorgan (20) austreten, und - ein Heizorgan (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das im Mantel (28) gegenüber der stromabwärtigen Fläche (36) angeordnet ist, wobei das Heizorgan (30) so im Mantel (28) angebracht ist, dass jeder radiale Vorsprung (44) den Mantel (28) berührt.
Versorgungsorgan (20) nach Anspruch 8, das eine elektrische Versorgung (32) und eine Elektrode (65) aufweist, die den mittleren Halter (64) mit einer ersten Anschlussklemme (33B) der elektrischen Versorgung (32) elektrisch verbindet, wobei sich die Elektrode (65) durch den Mantel (28) erstreckt und dabei von dem Mantel (28) elektrisch isoliert ist, wobei der Mantel (28) mit einer zweiten Anschlussklemme (33A) der elektrischen Versorgung (32) oder mit Masse elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung (9) zur Reinigung der Abgase eines Fahrzeugs, das mindestens ein Abgasreinigungsorgan (10) mit einer stromaufwärtigen Fläche (12), über die die Abgase in das Reinigungsorgan (10) dringen, und mit einer stromabwärtigen Fläche (14), über die die Abgase aus dem Reinigungsorgan (10) austreten, aufweist, wobei die Reinigungsvorrichtung (9) ferner mindestens ein Versorgungsorgan (20) nach Anspruch 8 oder 9 aufweist, das so angeordnet ist, dass die stromabwärtige Fläche (36) des Mantels (28) des Versorgungsorgans (20) mit der stromaufwärtigen Fläche (12) des Reinigungsorgans (10) im Wesentlichen zusammenfällt.