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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Heizvorrichtungen werden in Abgasanlagen genutzt, um in einer Abgasanlage strömendes Gas, beispielsweise das von einer Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas, zu erwärmen. Insbesondere in einer Startphase des Arbeitsbetriebs einer Brennkraftmaschine, in welcher das von dieser ausgestoßene Abgas eine vergleichsweise niedrige Temperatur aufweist, kann die an einer Heizvorrichtung im Abgas aufgenommene Wärme auf eine stromabwärts angeordnete Abgasbehandlungsanordnung, beispielsweise Katalysator oder Partikelfilter, übertragen werden. Somit wird eine schnelle Erwärmung einer derartigen Abgasbehandlungsanordnung erreicht und die Zeitdauer, während welcher Abgas ohne in der Abgasbehandlungsanordnung ablaufendem, beispielsweise katalytischem Reinigungsprozess zur Umgebung abgegeben wird, kann deutlich verkürzt werden.
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Aus der
US-A-5,597,503 ist eine Heizvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei welcher ein im Wesentlichen scheibenartig ausgebildetes Heizleiterelement eine Mehrzahl von im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden, langgestreckten Heizleiterabschnitten umfasst. In jeweils einem ihrer Längsendbereiche schließen die Heizleiterabschnitte in einem Heizleiter-Verbindungsbereich an einen benachbarten Heizleiterabschnitt an. In dem anderen ihrer Längsendbereiche schließen die Heizleiterabschnitte in einem Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereich an einen anderen Heizleiterabschnitt an, so dass sich grundsätzlich eine im Wesentlichen mäanderartige Struktur der Heizleiterabschnitte ergibt. Die beiden letzten Heizleiterabschnitte dieser mäanderartigen Struktur stellen jeweils einen Heizleiterelement-Anschlussbereich bereit, in welchem ein ein gehäuseartiges Abgasführungselement durchsetzendes Kontaktelement an den jeweiligen Heizleiterelement-Anschlussbereich anschließt und somit eine elektrische Verbindung mit einer Spannungsquelle herstellt.
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Das scheibenartige Heizleiterelement ist in seinem radial äußeren Bereich an einer grundsätzlich mit ringartiger Struktur ausgebildeten Trägeranordnung getragen. Diese umfasst an einer Anströmseite des Heizleiterelements einen stromaufwärtigen Trägerring, welcher das Heizleiterelement in seinem radial äußeren Bereich radial übergreift. An einer Abströmseite des wenigstens einen Heizleiterelements ist ein stromabwärtiger Trägerring der Trägeranordnung das Heizleiterelement in seinem radial äußeren Bereich radial übergreifend angeordnet. Die beiden Trägerringe sind durch einen durch die Abgasführungskomponente gebildeten Trägerring-Verbindungsbereich miteinander fest verbunden. Zwischen den Trägerringen und dem radial äußeren Bereich des Heizleiterelements und auch zwischen dem radial äußeren Bereich des Heizleiterelements und dem Trägerring-Verbindungsbereich ist Lagermaterial angeordnet, durch welches das Heizleiterelement elektrisch isoliert an der Trägeranordnung gehalten ist.
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Aus der nachveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2022 111 864.9 ist eine Heizvorrichtung bekannt, bei welcher das an den beiden axialen Seiten eines scheibenartigen Heizleiterelements angeordnete, aus Fasermaterial aufgebaute, elektrisch isolierende Lagermaterial durch axiale Kompression desselben in die zwischen benachbarten Heizleiterabschnitten des scheibenartigen Heizleiterelements gebildeten Zwischenräume eingreift. Um dies zu ermöglichen, sind im radial äußeren Bereich des Heizleiterelements die nach radial außen offenen Zwischenräume in ihrer Breitenrichtung erweitert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizvorrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine vorzusehen, bei welcher bei baulich einfacher Ausgestaltung das wenigstens eine Heizleiterelement zuverlässig gegen thermisch und dynamisch induzierte mechanische Belastungen an der Trägeranordnung gehalten ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Heizvorrichtung für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Trägeranordnung und wenigstens ein an der Trägeranordnung in Richtung einer Heizvorrichtung-Längsachse von Gas durchströmbar getragenes Heizleiterelement, wobei die Trägeranordnung ein an einer ersten axialen Seite des wenigstens einen Heizleiterelements angeordnetes erstes Trägerelement, ein an einer zweiten axialen Seite des wenigstens einen Heizleiterelements angeordnetes zweites Trägerelement und einen das erste Trägerelement mit dem zweiten Trägerelement verbindenden, das wenigstens eine Heizleiterelement radial außen axial übergreifenden Trägerelement-Verbindungsbereich umfasst, wobei zwischen dem ersten Trägerelement und dem wenigstens einen Heizleiterelement erstes elektrisch isolierendes Lagermaterial angeordnet ist und zwischen dem zweiten Trägerelement und dem wenigstens einen Heizleiterelement zweites elektrisch isolierendes Lagermaterial angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrisch isolierende Lagermaterial eine in Umfangsrichtung um die Heizvorrichtung-Längsachse sich erstreckende erste Lagerschnur umfasst, oder/und dass das zweite elektrisch isolierende Lagermaterial eine in Umfangsrichtung um die Heizvorrichtung-Längsachse sich erstreckende zweite Lagerschnur umfasst.
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Während bei aus dem Stand der Technik bekannten Heizvorrichtungen das mit Fasermaterial aufgebaute, elektrisch isolierende Lagermaterial im Allgemeinen durch Heraustrennen aus einem plattenartigen Lagermaterialrohling in geschlossener ringartiger Struktur bereitgestellt wird, ist erfindungsgemäß dieses Lagermaterial durch eine jeweilige Schnur bereitgestellt, welche, in Umfangsrichtung sich erstreckend, zwischen einem jeweiligen Trägerelement und dem wenigstens einen Heizleiterelement positioniert ist. Obgleich bei Verwendung einer Schnur als elektrisch isolierendes Lagermaterial dieses in wenigstens einem Umfangsbereich offen ist bzw. in Umfangsrichtung sich überlappende Wicklungsabschnitte der jeweiligen Schnur aufweist, wird erfindungsgemäß sehr kostengünstig und im Wesentlichen ohne Materialausschuss bei seiner Herstellung bereitstellbares Lagermaterial genutzt. Aufgrund des Umstandes, dass derartiges als Schnur bereitgestelltes Lagermaterial durch die Verwendung sehr langer, in sich verzwirnter bzw. verflochtener Filamente aufgebaut ist, wird eine unter Berücksichtigung der in einer Heizvorrichtung auftretenden mechanischen Belastungen sehr robuste, beständige Lagerung für das wenigstens eine Heizleiterelement erzeugt. Gleichwohl ist derartiges Schnurmaterial sehr flexibel und kann Fertigungstoleranzen und auch thermisch induzierte Längenänderungen sehr gut ausgleichen.
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Um über den gesamten Umfang verteilt eine gleichmäßige Lagerwirkung zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass die erste Lagerschnur die Heizvorrichtung-Längsachse im Wesentlichen vollständig umgibt, oder/und dass die zweite Lagerschnur die Heizvorrichtung-Längsachse im Wesentlichen vollständig umgibt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die beiden Umfangsenden eine jeweiligen Lagerschnur aneinander unmittelbar angrenzend oder einander in Umfangsrichtung überlappend positioniert werden.
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Insbesondere wenn die erste Lagerschnur mit einer Mehrzahl von sich im Wesentlichen in einer Schnur-Längsrichtung erstreckenden Filamenten aufgebaut ist oder/und die zweite Lagerschnur mit einer Mehrzahl von sich im Wesentlichen in einer Schnur-Längsrichtung erstreckenden Filamenten aufgebaut ist, wird eine mechanisch sehr robuste Struktur erreicht..
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Um bei dem scheibenartig ausgebildeten Heizleiterelement eine möglichst große Leiterlänge bereitstellen zu können, wird vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Heizleiterelement eine Mehrzahl von Heizleiterabschnitten aufweist, wobei zwischen benachbarten Heizleiterabschnitten ein Zwischenraum gebildet ist und wenigstens ein Teil der Heizleiterabschnitte in einem Heizleiterabschnitt-Längsendbereich in einem Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereich an einen jeweils benachbarten Heizleiterabschnitt anschließt oder/und in einem anderen Heizleiterabschnitt-Längsendbereich in einem Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereich an einen anderen benachbarten Heizleiterabschnitt anschließt, und dass wenigstens ein Teil der Zwischenräume, vorzugsweise alle Zwischenräume, in einem ersten Zwischenraum-Längsendbereich durch einen Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereichen abgeschlossen ist und in einem zweiten Zwischenraum-Längsendbereich offen ist, vorzugsweise wobei wenigstens ein Teil der Zwischenräume, vorzugsweise alle Zwischenräum, in dem zweiten Zwischenraum-Längsendbereich im Wesentlichen quer zu einer Zwischenraum-Längserstreckungsrichtung erweitert ist.
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Für eine durch einen Formschluss erzeugte verbesserte Haltewechselwirkung mit dem wenigstens einen Heizleiterelement kann die erste Lagerschnur sich in wenigstens einen zwischen benachbarten Heizleiterabschnitten oder/und benachbarten Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereichen gebildeten Zwischenraum erstrecken, oder/und kann die zweite Lagerschnur sich in wenigstens einen zwischen benachbarten Heizleiterabschnitten oder/und benachbarten Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereichen gebildeten Zwischenraum erstrecken.
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Für den Eingriff einer jeweiligen Lagerschnur in einen Zwischenraum kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Zwischenräume, vorzugsweise alle Zwischenräume, in einem zwischen zwei Heizleiterabschnitten sich erstreckenden ersten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitt oder/und in dem ersten Zwischenraum-Längsendbereich eine erste Zwischenraumbreite aufweist und wenigstens in einem Teil eines entlang wenigstens eines Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereichs sich erstreckenden zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitt oder/und in dem zweiten Zwischenraum-Längsendbereich eine zweite Zwischenraumbreite aufweist und, und dass die zweite Zwischenraumbreite größer ist als die erste Zwischenraum breite.
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Dabei ist es zum Vermeiden einer übermäßig starken Überdeckung des wenigstens einen Heizleiterelements vorteilhaft, wenn die erste Lagerschnur wenigstens einen Teil eines jeweiligen zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitts überdeckt oder/und sich im Wesentlichen nicht in den Bereich eines jeweiligen ersten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitts erstreckt oder/und die zweite Lagerschnur wenigstens einen Teil eines jeweiligen zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitts überdeckt oder/und sich im Wesentlichen nicht in den Bereich eines jeweiligen ersten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitts erstreckt.
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Um den Eingriff einer jeweiligen Lagerschnur in einen Zwischenraum des wenigstens einen Heizleiterelements zu verstärken, wird vorgeschlagen, dass an wenigstens einem Trägerelement, vorzugsweise jedem Trägerelement, in Zuordnung zu wenigstens einem Zwischenraum, vorzugsweise jedem Zwischenraum ein auf den Zwischenraum zu gerichteter Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung vorgesehen ist, vorzugsweise wobei wenigstens ein Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung, vorzugsweise jeder Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung, durch eine Ausformung eines Trägerelements gebildet ist.
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Auch dabei kann eine übermäßig starke Überdeckung des wenigstens einen Heizleiterelements vermieden werden, wenn wenigstens ein Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung, vorzugsweise jeder Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung, sich im Bereich wenigstens eines Teils eines zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitts erstreckt oder/und sich im Wesentlichen nicht in den Bereich eines ersten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitts erstreckt.
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Zur Unterstützung einer definierten Positionierung des wenigstens einen Heizleiterelements bzw. auch der benachbarten Heizleiterabschnitte desselben kann vorgesehen sein, dass in wenigstens einem Zwischenraum, vorzugsweise jedem Zwischenraum, ein in Richtung der Heizvorrichtung-Längsachse zwischen der ersten Lagerschnur und der zweiten Lagerschnur gehaltenes, elektrisch isolierendes Distanzelement angeordnet ist, vorzugsweise wobei wenigstens ein Distanzelement, vorzugsweise jedes Distanzelement, mit Keramikmaterial aufgebaut ist.
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Eine definierte Positionierung einer jeweiligen Lageschnur zwischen dem wenigstens einen Heizleiterelement und einem zugeordneten Trägerelement kann dadurch unterstützt werden, dass die Trägeranordnung in Zuordnung zu wenigstens einer Lagerschnur von erster Lagerschnur und zweiter Lagerschnur, vorzugsweise in Zuordnung zu jeder Lagerschnur von erster Lagerschnur und zweiter Lagerschnur, ein in Umfangsrichtung um die Heizvorrichtung-Längsachse sich erstreckendes, die Lagerschnur mit einem radial inneren Lagerschenkel radial innen, mit einem radial äußeren Lagerschenkel radial außen und mit einem den radial inneren Lagerschenkel und den radial äußeren Lagerschenkel verbindenden Verbindungssteg an ihrer von dem wenigstens einen Heizleiterelement axial abgewandten Seite umgreifendes Lagerelement umfasst. Ein derartiges mit U-förmigen Querschnittsprofil aufgebautes Lagerelement kann beispielsweise ebenso wie die beiden Trägerelemente als Blechumformteil bereitgestellt sein.
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Dabei kann eine definierte radiale Positionierung einer Lagerschnur dadurch unterstützt werden, dass ein Radialabstand zwischen dem radial inneren Lagerschenkel und dem radial äußeren Lagerschenkel einer Radialerstreckung der zwischen dem Verbindungssteg und dem wenigstens einen Heizleiterelement gehaltenen Lagerschnur entspricht. Dies bedeutet, dass die Lagerschnur in ihrem axial komprimierten Zustand radial innen und radial außen an einem jeweiligen Lagerschenkel abgestützt ist.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung kann insbesondere zum Zulassen von Radial-Relativbewegungen ein Radialabstand zwischen dem radial inneren Lagerschenkel und dem radial äußeren Lagerschenkel kleiner sein als eine Radialerstreckung der zwischen dem Verbindungssteg und dem wenigstens einen Heizleiterelement gehaltenen Lagerschnur. Dies hat zur Folge, dass die axial komprimierte Lagerschnur radial innen oder/und radial außen Bewegungsspiel zu dem jeweiligen Lagerschenkel hat und somit beispielsweise radialen Ausdehnungsbewegungen des wenigstens einen Heizleiterelements folgen kann.
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Bei Verwendung schnurartiger Lagerelemente, welche im nicht belasteten Grundzustand ein im Wesentlichen kreisrundes Querschnittsprofil aufweisen, ergibt sich vorteilhafterweise eine Struktur, bei welcher die zwischen dem wenigstens einen Heizleiterelement und dem ersten Trägerelement angeordnete erste Lagerschnur ein abgeflacht rundes Querschnittsprofil aufweist oder/und die zwischen dem wenigstens einen Heizleiterelement und dem zweiten Trägerelement angeordnete zweite Lagerschnur ein abgeflacht rundes Querschnittsprofil aufweist. Dies vermindert einerseits die zur Wärmeübertragung zwischen dem wenigstens einen Heizleiterelement und den Trägerelementen führende Kontaktfläche, ermöglicht andererseits aber radiale Relativbewegungen zwischen den Trägerelementen und dem wenigstens einen Heizleiterelement, welche durch eine derartige im komprimierten Zustand ein abgeflacht rundes Querschnittsprofil aufweisende Lagerschnur im Wesentlichen nicht behindert werden.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine von Abgas in einer Abgas-Hauptströmungsrichtung durchströmbare Abgasführungskomponente, wobei in der Abgasführungskomponente eine Abgasbehandlungsanordnung und stromaufwärts der Abgasbehandlungsanordnung wenigstens eine Heizvorrichtung mit erfindungsgemäßem Aufbau angeordnet sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
- 1 eine Axialansicht eines scheibenartigen Heizleiterelements für eine Heizvorrichtung;
- 2 eine Detail-Längsschnittansicht einer Heizvorrichtung;
- 3 eine Detail-Schnittansicht der Heizvorrichtung;
- 4 eine Detail-Schnittansicht einer alternativen Ausgestaltung der Heizvorrichtung;
- 5 eine weitere Detail-Schnittansicht einer alternativen Ausgestaltung der Heizvorrichtung;
- 6 eine weitere Detail-Schnittansicht einer alternativen Ausgestaltung der Heizvorrichtung;
- 7 eine weitere Detail-Schnittansicht einer alternativen Ausgestaltung der Heizvorrichtung;
- 8 eine Schnittansicht einer in einem Lagerelement angeordneten Lagerschnur;
- 9 die in dem Lagerelement angeordnete und an einem Heizleiterelement abgestützte Lagerschnur der 8;
- 10 eine der 8 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausgestaltung;
- 11 die in dem Lagerelement angeordnete und an einem Heizleiterelement abgestützte Lagerschnur nur der 10,
- 12 eine prinzipartige Darstellung einer Abgasanlage mit einer Heizvorrichtung und einer Abgasbehandlungsanordnung stromabwärts der Heizvorrichtung.
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In 12 ist eine Heizvorrichtung für eine in prinzipartiger Darstellung gezeigte Abgasanlage 10 einer Brennkraftmaschine allgemein mit 12 bezeichnet. Die Heizvorrichtung 12 ist in der Abgasanlage 10 in einer beispielsweise rohrartigen oder gehäuseartigen Abgasführungskomponente 14 in einer Abgas-Hauptströmungsrichtung A stromaufwärts bezüglich einer allgemein mit 16 bezeichneten Abgasbehandlungsanordnung angeordnet. Die Abgasbehandlungsanordnung 16 kann beispielsweise eine Katalysatoreinheit, beispielsweise SCR-Katalysator, eine Partikelfiltereinheit oder dergleichen umfassen. In einer derartigen Abgasbehandlungsanordnung 16 wird das in der Abgas-Hauptströmungsrichtung A auf die Heizvorrichtung 12 und die Abgasbehandlungsanordnung 16 zu strömende Abgas beispielsweise in einer katalytischen Reaktion von darin enthaltenen Schadstoffen gereinigt.
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Die in 2 detaillierter dargestellte Heizvorrichtung 12 umfasst eine allgemein mit 18 bezeichnete und eine Heizvorrichtung-Längsachse L ringartig umgebende Trägeranordnung. An der Trägeranordnung 18 ist ein in 1 in Axialansicht dargestelltes Heizleiterelement 20 derart getragen, dass dieses von in der Abgas-Hauptströmungsrichtung A bzw. in Richtung der Heizvorrichtung-Längsachse L strömendem Abgas durchströmbar ist. Das Heizleiterelement 20 ist beispielsweise durch Laserschneiden oder dergleichen aus einem elektrisch leitenden Flachmaterial herausgetrennt und weist eine grundsätzlich scheibenartige Struktur auf.
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Das Heizleiterelement 20 weist eine Mehrzahl von im Wesentlichen geradlinig und parallel zueinander sich erstreckenden Heizleiterabschnitten 22 auf, zwischen welchen jeweils spaltenartige Zwischenräume 24 gebildet sind, durch welche das Abgas hindurchströmen kann. In ihren Längsendbereichen schließen die Heizleiterabschnitte 22 in jeweiligen mit diesen integral ausgebildeten Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereichen 26 aneinander an, so dass sich eine grundsätzlich mäanderartige Struktur der nebeneinander verlaufenden Heizleiterabschnitte 22 ergibt.
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Die jeweils in den Endbereichen dieser mäanderartigen Struktur gelegenen Heizleiterabschnitte 28, 30 schließen nur in einem ihrer Längsendbereiche in einem Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereich 26 an einen benachbart dazu verlaufenden Heizleiterabschnitt 22 an und stellen jeweils einen Heizleiterabschnitt-Anschlussbereich 32, 34 bereit. In den Heizleiterelement-Anschlussbereichen 32, 34 wird das bei Anlegen einer Spannung an dieses von elektrischem Strom durchflossene und dabei sich erwärmende Heizleiterelement 20 über Anschlusselemente einer Durchführung 36 an eine Spannungsquelle in einem Fahrzeug, beispielsweise das Bordspannungssystem bzw. eine Batterie, angeschlossen.
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Die zwischen quer zur Heizvorrichtung-Längsachse L nebeneinander liegenden Heizleiterabschnitten 22 gebildeten Zwischenräume 24 sind in einem jeweiligen ersten Zwischenraum-Längsendbereich 38 durch jeweils einen Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereich 26 abgeschlossen und sind in einem jeweiligen zweiten Zwischenraum-Längsendbereich 40 nach radial außen bzw. zu einer Außenumfangsfläche 42 des Heizleiterelements 20 offen. Ausgehend von den jeweiligen ersten Zwischenraum-Längsendbereichen 38 erstreckt ein jeweiliger erster Zwischenraum-Erstreckungsabschnitt 44 sich mit einer beispielsweise im Wesentlichen konstanten ersten Zwischenraumbreite b quer zur jeweiligen Zwischenraum-Längserstreckungsrichtung Z, welche im Wesentlichen auch der Längserstreckungsrichtung der Heizleiterabschnitte 22 entspricht. In den zweiten Zwischenraum-Längsendbereichen 40 sind jeweilige zweite Zwischenraum-Erstreckungsabschnitte 46 gebildet, in welchen die Zwischenräume 24 quer zur Zwischenraum-Längserstreckungsrichtung Z eine Breite B aufweisen, die größer ist, als die Breite b in den daran jeweils anschließenden ersten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitten 44.
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Die Trägeranordnung 18 umfasst ein einen stromaufwärtigen ersten Trägerring 48 bereitstellendes erstes Trägerelement 50, welches das Heizleiterelement 20 an seiner Anströmseite 52 in seinem radial äußeren Bereich überdeckt. Die Trägeranordnung 18 umfasst ferner ein einen abströmseitigen zweiten Trägerring 54 bereitstellendes zweites Trägerelement 56, welches das Heizleiterelement 20 an seiner Abströmseite 58 in dessen radial äußerem Bereich übergreift. Zur Verbindung der beiden Trägerelemente 50, 56 ist beispielsweise an dem den stromaufwärtigen ersten Trägerring 48 bereitstellenden ersten Trägerelement 50 ein allgemein mit 60 bezeichneter Trägerelement-Verbindungsbereich vorgesehen. Dieser umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von in Abstand zueinander angeordneten und im Wesentlichen axial sich erstreckenden Trägerelement-Verbindungsabschnitten, welche den stromabwärtigen zweiten Trägerring 54 bzw. das zweite Trägerelement 56 radial außen in axialer Richtung übergreifen und mit diesem beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten fest verbunden sind. Die beiden Trägerelemente 50, 56 können beispielsweise durch Ausstanzen und Umformen eines jeweiligen Blechrohlings gebildet werden.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass in 2 die Trägeranordnung 18 beispielhaft anhand einer Ausgestaltung dargestellt ist. Es ist selbstverständlich, dass die Trägeranordnung 18 auch in anderer Art und Weise baulich ausgeführt sein kann. So können beispielsweise die beiden Trägerelemente 50, 56 als von dem Trägerelement-Verbindungsbereich 60 separat ausgebildete, ringartige Bauteile bereitgestellt werden, die jeweils einzelnen, das Heizleiterelement 20 zwischen sich aufnehmend, mit einem im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Trägerelement-Verbindungsbereich 60 verbunden sein können.
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Zur stabilen und elektrisch isolierten Halterung des Heizleiterelements 20 zwischen den beiden Trägerelementen 50, 56 ist zwischen dem radial äußeren Bereich des Heizleiterelements 20 und jedem der Trägerelemente 50, 56 durch eine erste Lagerschnur 64 bzw. eine zweite Lagerschnur 66 bereitgestelltes und beispielsweise in Umfangsrichtung entlang des gesamten Randbereichs des Heizleiterelements 20 sich erstreckendes erstes elektrisch isolierendes Lagermaterial 68 bzw. zweites elektrisch isolierendes Lagermaterial 70 angeordnet. Die elektrisch isolierenden Lagermaterialien 68, 70 bzw. die Lagerschnüre 64, 66 sind mit in den 8 bzw. 10 angedeuteten, im Wesentlichen in einer jeweiligen in Umfangsrichtung orientierten Schnurlängsrichtung sich erstreckenden Filamenten 62 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Keramikmaterial, wie zum Beispiel Siliziumoxid oder Aluminiumoxid, aufgebaut, so dass die Lagerschnüre 64, 66 auch gegen die chemisch aggressive Umgebung in einer Abgasanlage resistent sind. Für eine stabile Struktur können diese Filamente miteinander verzwirnt bzw. verflochten sein.
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Die Lagerschnüre 64, 66 sind unter axialer Vorspannung jeweils zwischen einem der Trägerelemente 50, 56 und der Anströmseite 52 bzw. der Abströmseite 58 des Heizleiterelements 20 gehalten. Im unbelasteten Zustand weisen die Lagerschnüre 64, 66 einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf, so dass sich in dem in 2 dargestellten, axial belasteten Zustand das abgeflacht runde Querschnittsprofil der Lagerschnüre 64, 66 ergibt. Zum Erhalt einer in Umfangsrichtung vollständig umlaufenden Abstützwechselwirkung können jeweilige Umfangsenden der Lagerschnüre 64, 66 unmittelbar aneinander anschließend positioniert werden. Alternativ können bei den Lagerschnüren 64, 66 die Umfangsenden einander in Umfangsrichtung überlappen. Insbesondere bei Verwendung vergleichsweise dünner Lagerschnüre 64, 66 können diese auch mehrfach um die Heizvorrichtung-Längsachse L gewickelt sein und somit mehrere radial gestaffelt liegende Wicklungsabschnitte aufweisen.
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Durch den unter Vorspannung bzw. komprimiert erfolgenden Einbau des ersten Lagermaterials 68 bzw. der ersten Lagerschnur 64 und des zweiten Lagermaterials 70 bzw. der zweiten Lagerschnur 66 wird das jeweilige Lagermaterial 68, 70 durch die Beaufschlagung vermittels des jeweils zugeordneten Trägerelements 50, 56 in die Zwischenräume 24 des Heizleiterelements 20 gepresst, da die mit vielen Filamenten aufgebauten Lagerschnüre 64 bzw. 66 grundsätzlich flexibel und verformbar sind und im Bereich der von diesen jeweils überdeckten Zwischenräume 24 keine Stützung erfahren. Die sich so ergebende Struktur ist in prinzipartiger Darstellung in 3 gezeigt. Zu erkennen ist, dass das erste Lagermaterial 68 und das zweite Lagermaterial 70 dort, wo dieses einen jeweiligen Zwischenraum 24 bzw. dessen zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitt 46 überdeckt, eine Lagermaterial-Ausbauchung 72 bzw. 74 bildet, zwischen zwei jeweils benachbarte Heizleiterabschnitte 22 bzw. Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereiche 26 eingreift.
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Durch die so gebildeten Lagermaterial-Ausbauchungen 72, 74 wird in den zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitten 46 eine Formschlusswechselwirkung zwischen dem ersten Lagermaterial 68 bzw. dem zweiten Lagermaterial 70 und dem Heizleiterelement 20 erzeugt. Zusätzlich zu der durch die gegenseitige Anlage aneinander generierten Reibwechselwirkung wird somit eine hohe Stabilität bei der Halterung des Heizleiterelements 20 zwischen den beiden Trägerelementen 50, 56 gewährleistet. Da die beiden Lagerschnüre 64, 66 in radialer Richtung so dimensioniert sind, dass sie beispielsweise nur die zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitte 46 überdecken, sich aber im Wesentlichen nicht in den Bereich der ersten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitte 44 hinein erstrecken, ist gewährleistet, dass das Heizleiterelement 20 insbesondere im Bereich der ersten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitte 44 durchströmbar ist.
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Die 4 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei welcher in einem der beiden Trägerelemente 50, 56, beispielhaft dargestellt anhand des zweiten Trägerelements 56, in Zuordnung zu wenigstens einem, vorzugsweise jedem Zwischenraum 24 bzw. zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitt 46 ein Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung 76 gebildet ist. Durch den Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung 76 wird das zweite Lagermaterial 70 verstärkt in den zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitt 46 hineingepresst, wodurch ein noch intensiverer Formschluss zwischen dem zweiten Lagermaterial 70 und dem Heizleiterelement 20 entsteht.
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Jeder im zweiten Lagerelement 56 gebildete Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung 76 ist so angeordnet und dimensioniert, dass er im Wesentlichen einen zugeordneten zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitt 46 überdeckt, sich jedoch nicht in den Bereich des an diesen anschließenden ersten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitts 44 erstreckt. Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, dass durch einen derartigen Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprung 76 das zweite Lagermaterial 70 im Wesentlichen nur in dem Bereich des zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitts 46 in den Zwischenraum 24 hinein gepresst wird.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass, obgleich dies in 4 nicht dargestellt ist, auch das erste Lagermaterial 68 durch das in dieser Ausgestaltung ohne Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprünge ausgebildete erste Trägerelement 50 in die von diesem überdeckten zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitte 46 hinein gepresst werden kann, so wie dies in 3 veranschaulicht ist.
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In 5 ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei welcher sowohl im ersten Trägerelement 50, als auch im zweiten Trägerelement 56 in Zuordnung zu wenigstens einem Teil der, vorzugsweise allen zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitten 46 bzw. Zwischenräumen 24 Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprünge 76, 78 vorgesehen sind. Dadurch wird ein noch weiter verstärkter Formschluss zwischen dem ersten Lagermaterial 68 und dem zweiten Lagermaterial 70 und dem Heizleiterelement 20 erzeugt.
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Die in den Trägerelementen 50 bzw. 52 ausgebildeten Lagermaterial-Beaufschlagungsvorsprünge 76, 78 können insbesondere dann, wenn die Trägerelemente 50, 52 als Blechumformteile ausgebildet sind, in einfacher Weise durch Umformen der zum Aufbau der Trägerelemente 50, 56 verwendeten Blechrohlinge erzeugt werden.
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In 6 ist eine Ausgestaltung gezeigt, bei welcher vorzugsweise in jedem zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitt 46 des Heizleiterelements 22 ein vorzugsweise mit Keramikmaterial aufgebautes Distanzelement 80 angeordnet ist. Durch das Distanzelement 80 werden die beidseits desselben angeordneten Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereiche 26 elektrisch isoliert in Umfangsrichtung in definiertem Abstand bezüglich einander gehalten. Für eine definierte Positionierung eines derartigen Distanzelements sorgen die in axialer Richtung über das Heizleiterelement 20 sich hinaus erstreckenden und in die Lagerschnüre 64, 66 sich hinein pressenden Endabschnitte 82, 84 der Distanzelemente 80.
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Bei einer in 7 dargestellten abgewandelten Ausgestaltungsart sind die Distanzelemente 80 etwas kürzer gestaltet, so dass, wie dies beispielsweise auch in 3 dargestellt ist, im Bereich der zweiten Zwischenraum-Erstreckungsabschnitte 44 Lagermaterial-Ausbauchungen 72, 74 entstehen, welche einerseits zwischen die beiden Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereiche 26 eingreifen und dabei andererseits für eine definierte Positionierung des beispielsweise auch durch Reibung zwischen den Heizleiterabschnitt-Verbindungsbereich 26 gehaltenen Distanzelements 80 sorgen.
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Die 8 und 9 veranschaulichen eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit für die definierte Positionierung der Lagerschnüre 64, 66 zwischen dem Heizleiterelement 20 und dem jeweils zugeordneten Trägerelement 50, 56. In den 8 und 9 ist dies anhand der ersten Lagerschnur 64 und des ersten Trägerelements 50 veranschaulicht.
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In Zuordnung zu der ersten Lagerschnur 64 ist ein ebenso wie das erste Lagerelement 64 in Umfangsrichtung um die Heizvorrichtung-Längsachse L entlang des Außenrandbereichs des Heizleiterelements 22 sich erstreckendes Lagerelement 86 vorgesehen. Das beispielsweise als Blechumformteil bereitgestellte Lagerelement 86 weist einen radial äußeren Lagerschenkel 88, einen radial inneren Lagerschenkel 90 sowie einen die beiden Lagerschenkel 88, 90 verbindenden Verbindungssteg 92 auf. Somit weist das Lagerelement 86 eine im Wesentlichen U-förmige Querschnittskontur auf, aus welcher die in 8 in ihrem unbelasteten Zustand dargestellte Lagerschnur 64 in axialer Richtung hervorsteht.
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Die 9 veranschaulicht den Einbauzustand, in welchem die Lagerschnur 64 axial zwischen dem Trägerelement 50 und dem Heizleiterelement 22 komprimiert ist. Durch die axiale Belastung wird die Lagerschnur 64 zusammengepresst, so dass sie auch in dieser Ausgestaltungsform die abgeflacht runde und in ihren radialen Endbereichen an den Lagerschenkeln 88, 90 abgestützte Querschnittskontur einnimmt. In einer zur Schnurlängsrichtung im Wesentlichen orthogonalen Schnurquerrichtung Q ist damit die Lagerschnur 64 definiert zwischen den beiden Lagerschenkeln 88, 90 gehalten. Treten beispielsweise durch mechanische Belastung oder durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen Relativbewegungen zwischen dem Heizleiterelement 20 und dem Trägerelement 50 bzw. dem daran sich abstützenden Lagerelement 86 auf, so wird die Lagerschnur 64 in der Schnurquerrichtung Q auf Scherung belastet.
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Bei der in den 10 und 11 dargestellten alternativen Ausgestaltung weist das Lagerelement 86 eine größere radiale Ausdehnung auf, so dass der radiale Abstand der beiden Lagerschenkel 88, 90 sowohl in dem in 10 dargestellten unbelasteten Zustand der ersten Lagerschnur 64, als auch dem in 11 dargestellten belasteten Zustand der ersten Lager 64 größer ist, als die Ausdehnung der ersten Lagerschnur 64 in der Schnurquerrichtung Q. Treten bei dieser Ausgestaltung Relativbewegungen zwischen dem Trägerelement 50 und dem Heizleiterelement 22 auf, kann die erste Lagerschnur 64 mit ihrem abgeflacht runden Querschnittsprofil sich entlang zumindest einer der beiden dieses abstützenden Oberflächen gleitend bewegen oder kann eine Abwälzbewegung in radialer Richtung durchführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5597503 A [0003]
- DE 1020221118649 [0005]