Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters durch eine Gehäuse einer Abgasstrecke hindurch, mit einem elektrischen Leiter, der als metallischer Bolzen ausgebildet ist, mit einer metallischen Außenhülse, durch welche der elektrische Leiter geführt ist und mit einem Isolationsmittel, welches zwischen dem elektrischen Leiter und der Außenhülse angeordnet ist, wobei die Außenhülse stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei der Heizleiter durch einen metallischen Wabenkörper gebildet ist, welche im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Gehäuse entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung, welche der axialen Erstreckung des Gehäuses entspricht, mit Abgas durchströmbar ist.

Stand der Technik

Zur Aufheizung von Abgasen in einer einem Verbrennungsmotor nachgelagerten Abgasstrecke beziehungsweise des in einer Abgasstrecke strömenden Abgases werden heute regelmäßig elektrische Heizelemente eingesetzt. Hierbei wird das Ziel verfolgt schneller eine Temperaturschwelle zu erreichen, ab welcher eine wirkungsvolle Umwandlung der im Abgas mitgeführten Schadstoffe erfolgen kann. Dies ist notwendig, da die zur Abgasnachbehandlung eingesetzten katalytisch aktiven Oberflächen der in der Abgasstrecke verbauten Katalysatoren erst ab einer Mindesttemperatur, der sogenannten Light-Off Temperatur, eine ausreichende Umsetzung der jeweiligen Schadstoffe ermöglichen.

Zu den bekannten Lösungen im Stand der Technik gehören sogenannten Heizkatalysatoren, welche eine mit einer Spannungsquelle verbundene metallische Struktur aufweisen oder eine metallisch beschichtete keramische Struktur aufweisen, welche unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes aufgeheizt werden kann. Zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung der beheizbaren Struktur, muss ein elektrischer Leiter an zumindest einer Stelle durch das Gehäuse der Abgasstrecke beziehungsweise eines in der Abgasstrecke angeordneten Katalysators eingeführt werden. Hierbei muss sichergestellt werden, dass die Durchführung gasdicht ist, außerdem eine elektrische Isolation zwischen dem Gehäuse und dem elektrischen Leiter gegeben ist und, dass eine ausreichende Dauerhaltbarkeit gewährleistet ist. Der elektrische Leiter ist regelmäßig aus einem massiven Vollmaterial gebildet, wie beispielsweise einem metallischen Bolzen.

Die DE 10 2012 110 098 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Durchführung für die Stromversorgung einer elektrischen Abgasheizung in einem Kraftfahrzeug. Die Durchführung weist ein Außenrohr auf, dessen Innenraum von einem elektrischen Leiter durchsetzt ist. Der elektrische Leiter überragt an mindestens einer der Stirnfläche des Außenrohrs das Außenrohr. Der elektrische Leiter ist im Innenraum des Außenrohres von einem Isolierstoff umgeben. Die Durchführung wird dabei durch das Ablängen eines verdichteten Stangenmaterials erzeugt, wobei durch spanende Verfahren jeweils Bereiche des als Außenrohr fungierenden Abschnitts und des als Isolierstoff fungierenden Abschnitts entfernt werden, um so eine elektrische Durchführung der gewünschten Länge mit einem gewünschten Überstand des elektrischen Leiters über das Außenrohr hinaus zu erzeugen.

Die Kontaktierung des Heizleiters im Inneren des Gehäuses erfolgt über die Anbindung der den Heizleiter bildenden metallischen Struktur an die axiale Stirnseite des Bolzens. Dies liegt darin begründet, dass die elektrische Durchführung in radialer Richtung des Gehäuses erfolgt.

Nachteilig an den im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen ist, dass die radiale Ausrichtung der elektrischen Durchführung zu einem erhöhten Bauraumbedarf führt. Dies ist insbesondere nachteilig, da elektrische Zuheizer vermehrt in direkter Nähe zum Verbrennungsmotor eingesetzt werden, wo der zur Verfügung stehende Bauraum äußerst begrenzt ist. Neben der radialen Ausrichtung und An- Ordnung der elektrischen Durchführung selbst ist auch die elektrische Kontaktierung des Innenleiters selbst mit einer elektrischen Zuleitung außerhalb des Gehäuses schwierig aufgrund des geringen zur Verfügung stehenden Bauraums.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines in einer Abgasstrecke angeordneten Heizleiters zu schaffen, welche hinsichtlich des Bauraumbedarfs optimiert ist.

Die Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung eines Heizleiters durch eine Gehäuse einer Abgasstrecke hindurch, mit einem elektrischen Leiter, der als metallischer Bolzen ausgebildet ist, mit einer metallischen Außenhülse, durch welche der elektrische Leiter geführt ist und mit einem Isolationsmittel, welches zwischen dem elektrischen Leiter und der Außenhülse angeordnet ist, wobei die Außenhülse stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden ist, wobei der Heizleiter durch einen metallischen Wabenkörper gebildet ist, welcher im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Gehäuse entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung, welche der axialen Erstreckung des Gehäuses entspricht, mit Abgas durchströmbar ist, wobei der elektrische Leiter entlang der axialen Erstreckungsrichtung des Gehäuses ausgerichtet ist.

Das Gehäuse ist gewöhnlich durch ein Rohr gebildet, welches entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmt werden kann. Diese Richtung entspricht der axialen Erstreckung des Gehäuses. Der elektrische Leiter ist erfindungsgemäß entlang dieser axialen Richtung ausgerichtet. Dabei kann er auch in einem kleinen Winkel zu dieser axialen Richtung angestellt sein. Der elektrische Leiter durchstößt das Gehäuse somit an einer axialen Außenfläche des Gehäuses und nicht an einer radial ausgerichteten Außenfläche. Diese erlaubt eine wesentlich platzsparende Anordnung des elektrischen Leiters und somit der gesamten elektrischen Durchführung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektrisch leitfähige Kontakt zwischen dem Heizleiter und dem elektrischen Leiter an einer radial ausgerichteten Fläche des elektrischen Leiters ausgebildet ist. Der Heizleiter, der gewöhnlich scheibenförmig ausgebildet ist und innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, ist durch einen metallischen Wabenkörper gebildet. Der Wabenkörper wird hierbei aus einer Mehrzahl von aufeinandergestapelten Metallfolien gebildet, die glatt und/oder zumindest teilweise strukturiert ausgebildet sind. Der so erzeugte Lagenstapel wird um zumindest einen Drehpunkt aufgedreht und bildet den als Heizscheibe bezeichneten Heizleiter aus. Die aufgewickelten Lagenpakete laufen an zumindest einer Stelle am Außenumfang der Heizscheibe aus und bilden ein freies Ende aus. An diesem freien Ende findet die elektrische Kontaktierung des Heizleiters mittels des elektrischen Leiters statt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung des elektrischen Leiters in einer axialen Richtung ist bevorzugt die Kontaktfläche zwischen dem freien Ende des Heizleiters und dem elektrischen Leiter an einer radialen Stirnfläche des elektrischen Leiters ausgebildet.

Auch ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Leiter an seinem in das Gehäuse ragenden Ende eine abgeflachte Fläche aufweist, die in radialer Richtung des elektrischen Leiters ausgerichtet ist.

Der als metallischer Bolzen ausgebildete elektrische Leiter weist im Grundzustand eine zylindrische Form an seinem in das Gehäuse ragenden Endbereich auf. Um eine vorteilhafte elektrische Kontaktierung zu dem Heizleiter herzustellen, ist es vorteilhaft, wenn die zylindrische Außenfläche an zumindest einem Abschnitt des elektrischen Leiters abgeflacht ist. Die in radialer Richtung des elektrischen Leiters ausgerichtete Fläche dient als Kontaktfläche mit dem Heizleiter. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die abgeflachte Fläche zumindest eine als Lotreservoir wirkende Vertiefung aufweist. Die abgeflachte Fläche des elektrischen Leiters wird bevorzugt in Anlage mit dem freien Ende des Heizleiters gebracht und mittels eines Lötverfahrens dauerhaft stoffschlüssig verbunden. Um den Vorgang prozesssicher zu machen und grundsätzlich zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn die abgeflachte Fläche eine Vertiefung aufweist, welche mit einem Lotmaterial befüllt werden kann. Die Vertiefung kann sich dabei entlang der gesamten abgeflachten Fläche erstrecken, oder auch nur abschnittsweise ausgebildet sein.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn der elektrische Leiter an seinem in das Gehäuse ragenden Endbereich eine Anschrägung aufweist, welche die axiale Stirnfläche des elektrischen Leiters verkleinert und von der axialen Stirnfläche hin zu der abgeflachten Fläche verläuft.

Die Anschrägung dient zur Erzeugung einer Einführschräge. Dadurch wird insbesondere die axiale Stirnfläche des elektrischen Leiters verkleinert. Außerdem ist die Anschrägung derart ausgerichtet, dass sie von der axialen Stirnfläche des elektrischen Leiters in die in radialer Richtung ausgerichtete abgeflachte Fläche übergeht. Beim Einstecken des elektrischen Leiters in das Gehäuse wird somit das freie Ende des Heizleiters vorteilhaft hin zur abgeflachten Fläche geführt, um dort den elektrischen Leiter zu kontaktieren.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der elektrische Leiter einen von seiner axialen Stirnfläche aus eingebrachten Schlitz aufweist, der den elektrischen Leiter in radialer Richtung vollständig durchläuft, wobei der Heizleiter durch diesen Schlitz geführt ist.

Ein solcher Schlitz, der bevorzugt den elektrischen Leiter vollständig durchläuft bildet zwei radiale Anbindungsflächen am elektrischen Leiter aus. Das freie Ende des Heizleiters kann durch diesen Schlitz geführt werden und mit dem elektrischen Leiter verbunden werden. Der Elektrische Leiter umgreift das freie Ende des Heizleiters hierfür beidseitig. Der Schlitz kann die axiale Stirnfläche des elektrischen Leiters durchstoßen, so dass eine u-förmige Aufnahme durch den Schlitz gebildet wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Heizleiter durch den Schlitz im elektrischen Leiter geführt ist, wobei zwischen zumindest zwei Lagen des als Wabenkörper ausgebildeten Heizleiters ein keramischer Keil geschoben ist, der eine Klemmung zwischen dem Heizleiter und dem elektrischen Leiter im Bereich des Schlitzes erzeugt.

Um die Verbindung zwischen dem Heizleiter und dem elektrischen Leiter zu festigen, kann ein Klemmteil vorgesehen werden, welches zwischen einzelne Metallfolien des freien Endes des Heizleiters geschoben werden kann und so eine Klemmung zwischen dem Heizleiter und dem durch den Schlitz gebildeten Aufnahmebereich des elektrischen Leiters erzeugt.

Auch ist es zweckmäßig, wenn der elektrische Leiter an einer Stelle durch das Gehäuse geführt ist, welche außerhalb des durchström baren Querschnitts des Gehäuses angeordnet ist. Dies ist vorteilhaft, um trotz der axialen Ausrichtung des elektrischen Leiters die eigentlich durchströmbare Querschnittsfläche des Gehäuses nicht zu verkleinern. Das freie Ende des Heizleiters ist daher bevorzugt aus dem durchström baren Querschnitt des Gehäuses in einen weiteren Bereich, beispielsweise in eine Nebenkammer, hinausgeführt. In diesem Bereich wird dann die elektrische Kontaktierung des Heizleiters mit dem elektrischen Leiter erzeugt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des elektrischen Leiters mit einer abgeflachten Oberfläche,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines elektrischen Leiters, wobei der Leiter einen von der axialen Stirnfläche aus eingebrachten Schlitz aufweist,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des elektrischen Leiters, wobei der elektrische Leiter über die radial ausgerichtete abgeflachte Oberfläche mit dem Heizleiter in Kontakt ist,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht durch einen elektrischen Leiter gemäß Figur 2, wobei der Heizleiter durch den ausgebildeten Schlitz geführt ist,

Fig. 5 eine Ansicht des elektrischen Leiters mit einer abgeflachten radial ausgerichteten Oberfläche, wobei der elektrische Leiter ein Anschrägung an seinem axialen Endberiech aufweist,

Fig. 6 einen elektrischen Leiter mit einer abgeflachten radial ausgerichteten Oberfläche, wobei die Oberfläche eine Vertiefung aufweist, welche als Lotreservoir dient, und

Fig. 7 einen elektrischen Leiter gemäß Figur 2, wobei der durch den Schlitz geführte Heizleiter mittels eines keramischen Keils in dem Schlitz verklemmt ist.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt einen aus einem Metallbolzen gebildeten elektrischen Leiter 1. Dieser ist durch ein hülsenartig ausgebildetes Isoliermittel 2 geführt, welches wiederum in einer Metallhülse 3 eingefasst ist. Der elektrische Leiter 1 hat zwei freie Enden 4, 5. Das freie Ende 4 ist im endmontierten Zustand außerhalb des nicht gezeigten Gehäuses der Abgasstrecke positioniert. Das freie Ende 5 ist innerhalb des Gehäuses positioniert und dient der elektrischen Anbindung an den nicht gezeigten Heizleiter.

Das freie Ende 5 ist über einen Teil der axialen Erstreckung des elektrischen Leiters 1 abgeflacht, so dass an einer radial ausgerichteten Seite des elektrischen Leiters 1 eine ebene Oberfläche 6 ausgebildet ist. Die Fläche 6 dient als Kontaktfläche für den nicht gezeigten Heizleiter.

Die Figur 2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines elektrischen Leiters 10. Der grundsätzliche Aufbau stimmt mit dem des elektrischen Leiters 1 der Figur 1 überein. Im Unterschied zur abgeflachten Fläche 6 im Beispiel der Figur 1 weist der elektrische Leiter 10 an dem innerhalb des Gehäuses angeordneten freien Ende 11 einen Schlitz 12 auf, welche den freien Endbereich in zwei Abschnitte unterteilt. Die beiden durch den Schlitz 12 erzeugten Abschnitte bilden jeweils eine radiale Fläche 13, 14 aus, die für den nicht gezeigten Heizleiter als Kontaktfläche dienen.

Der Heizleiter, insbesondere das freie Ende des den Heizleiter bildenden Lagenstapels, kann durch den Schlitz 12 geführt werden und beidseitig mit den radial ausgerichteten Fläche 13, 14 verbunden werden.

Figur 3 zeigt einen elektrischen Leiter 1 analog zur Figur 1 . An die Fläche 6 ist in Figur 3 das freie Ende eines den Heizleiter 7 bildenden Lagestapels angebunden. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Kontaktierung des Heizleiters 7 an einer radialen Außenfläche 6 des elektrischen Leiters 1 erfolgt.

Das die Fläche 6 aufweisende freie Ende 5 des elektrischen Leiters 1 greift in axialer Richtung in die Ebene ein, in der der Heizleiter 7 angeordnet ist.

Figur 3 zeigt einen elektrischen Leiter 10 gemäß Figur 2. In Figur 4 ist ein freies Ende des Lagenstapels 15 in den Schlitz 12 eingesteckt und mit den durch den Schlitz ausgebildeten Kontaktflächen 13, 14 mit dem elektrischen Leiter 10 verbunden. Auch hier ist deutlich zu erkennen, dass die Anbindung des elektrischen Leiters 10 and den Heizleiter 15 über radial ausgerichtete Kontaktflächen 13, 14 des elektrischen Leiters 10 stattfindet.

Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines elektrischen Leiters 1 , wie er in Figur 1 gezeigt ist. Zusätzlich zu der radial ausgerichteten Fläche 6 am freien Ende 5 des elektrischen Leiters 1 , ist eine schräge Fläche 8 ausgebildet, welche die axiale Stirnfläche 9 des elektrischen Leiters reduziert und einen Übergang zur radial ausgerichteten Fläche 6 bildet.

Die Schräge 8 dient als Einsteckhilfe und soll dafür sorgen, dass das freie Ende des Heizleiters beim Einstecken des elektrischen Leiters 1 nicht an der axialen Stirnfläche 9 verhakt, sondern an dieser vorbeigleitet und mit der radial ausgerichteten Fläche 6 in Anlage kommt.

Figur 6 zeigt eine alternative Ausgestaltung des elektrischen Leiters 1 der Figur 1 . Zusätzlich weist die radial ausgerichtete Fläche 6 eine Vertiefung 16 auf, welche als Lotreservoir dient. Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 ist die Vertiefung 16 durch eine von der axialen Stirnfläche eingebrachte Bohrung gebildet.

Figur 7 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines elektrischen Leiters 10, wobei in den Schlitz 12 ein freies Ende eines Heizleiters 15 eingesteckt ist. Zusätzlich ist ein Klemmelement 17, im Falle der Figur 7 ein Keil, zwischen die Lagen des Heizleiters 15 geschoben, wodurch eine Klemmung der Lagen des Heizleiters 15 in dem Schlitz 12 des elektrischen Leiters 10 erzeugt wird. Dies erhöht die Stabilität der Verbindung zusätzlich. Bevorzugt ist das Klemmelement 17 aus einem keramischen und somit elektrisch nicht leitfähigen Material gebildet.

Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden.

Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 7 weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Bezugszeichenliste

1 . elektrischer Leiter

2. Isolationsmittel

3. Außenhülse

4. freies Ende

5. freies Ende

6. radial ausgerichtete Fläche

7. Heizleiter

8. Schräge

9. axiale Stirnfläche

10. elektrischer Leiter

11 . freies Ende

12. Schlitz

13. radial ausgerichtete Fläche

14. radial ausgerichtete Fläche

15. Heizleiter

16. Vertiefung

17. Klemmelement