Stützstruktur für eine Heizmatrix

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Stützstruktur zur Positionierung einer Heizmatrix in einer durch ein Gehäuse räumlich begrenzten Abgasstrecke, wobei die Heizmatrix durch einen Wabenkörper gebildet ist, welcher eine Vielzahl entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren Strömungskanäle aufweist, wobei die Heizmatrix gegenüber der Innenfläche des Gehäuses durch die Stützstruktur abgestützt wird und die Matrix mittels einer Mehrzahl von Koppelelementen gegenüber der Stützstruktur fixiert wird.

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 sogenannte Heizkatalysatoren, welche eine mit einer Spannungsquelle verbundene metallische Struktur aufweisen oder eine metallisch beschichtete keramische Struktur aufweisen, welche unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes aufgeheizt werden kann.

Die aufheizbaren metallischen Strukturen können beispielweise aus einem aus Metallfolien erzeugten Wabenkörper bestehen. Hierzu wird eine Mehrzahl von glatten und/oder zumindest teilweise strukturierten Metallfolien aufeinandergestapelt und um zumindest einen Drehpunkt zu einem Wabenkörper aufgewickelt. Die aus den Metallfolien gebildete Matrix kann elektrisch kontaktiert werden und unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes aufgeheizt werden.

Die Matrix muss hierzu in einer Abgasstrecke angeordnet sein und einem zur Abgasnachbehandlung ausgelegten Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases vorgelagert oder nachgelagert sein.

Um die Matrix in der Abgasstrecke zu positionieren und sie insbesondere gegen mechanische und thermische Belastungen abzustützen, muss eine Halterung vorgesehen werden, die insbesondere mit den hohen thermischen Wechselbelastungen und weiterhin mit den starken und unregelmäßigen mechanischen Belastungen in einer Abgasstrecke, insbesondere der Abgasstrecke eines Kraftfahrzeugs, auftreten.

Nachteilig an den bekannten Lösungen im Stand der Technik ist insbesondere, dass die Strukturen sehr komplex aufgebaut sind und sie somit nicht kostenoptimal sind.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Stützstruktur für eine Heizmatrix zur räumlichen Positionierung der Heizmatrix in einer Abgasstrecke zu schaffen, welche einen vereinfachten Aufbau aufweist und verbesserte Eigenschaften hinsichtlich der Abstützung gegenüber mechanischen und thermischen Störgrößen aufweist.

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

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Stützstruktur zur Positionierung einer Heizmatrix in einer durch ein Gehäuse räumlich begrenzten Abgasstrecke, wobei die Heizmatrix durch einen Wabenkörper gebildet ist, welcher eine Vielzahl entlang einer Hauptdurchströmungsrichtung durchströmbaren Strömungskanäle aufweist, wobei die Heizmatrix gegenüber der Innenfläche des Gehäuses durch die Stützstruktur abgestützt wird und die Matrix mittels einer Mehrzahl von Koppelelementen gegenüber der Stützstruktur fixiert wird, wobei die Stützstruktur mehrteilig ausgebildet ist, wobei die Stützstruktur zumindest ein zentrales ringartiges Element aufweist und eine Mehrzahl von Streben, welche in radialer Richtung von dem ringartigen Element abragen und zur Innenfläche des Gehäuses verlaufen.

Die Stützstruktur dient insbesondere zur dauerhaften Positionierung der Heizmatrix im Gehäuse der Abgasstrecke. Diese muss die Erschütterungen und thermischen Belastungen aushalten und die Heizmatrix sicher innerhalb des Gehäuses fixieren. Da die Heizmatrix im Betrieb bestromt wird und ein Kontakt mit dem Gehäuse vermieden werden muss, um einen Kurzschluss oder eine Gefährdung von Personen zu vermeiden, muss ein strukturelles Versagen der Stützstruktur ausgeschlossen sein.

Durch einen mehrteiligen Aufbau der Stützstruktur kann erreicht werden, dass die unterschiedlichen Anforderungen an die Festigkeit der Stützstruktur optimal erfüllt werden. So ist die Anbindung der Stützstruktur an die Innenfläche des Gehäuses besonders stabil und steif auszulegen, um einen sicheren Halt zu gewährleisten. Die Streben hin zum ringartigen Element müssen jedoch eine erhöhte Elastizität aufweisen, um die thermisch induzierten Spannungen auszugleichen. Darüber hinaus müssen die Befestigungspunkte für die Koppelelemente derart an der Stützstruktur angeordnet sein, dass ein ausreichender Toleranzausgleich bei der Montage gewährleistet werden kann.

Diese unterschiedlichen Anforderungen lassen sich am besten erfüllen, wenn die Stützstruktur aus mehreren Bauteilen aufgebaut ist, die gegebenenfalls unterschiedliche Materialeigenschaften, insbesondere unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das ringartige Element zumindest einen Steg aufweist, welcher zwei Punkte des ringartigen Elementes miteinander verbindet. Über einen solchen Steg, der durch das Zentrum des ringartigen Elementes verläuft oder zumindest zentrumsnah, kann eine zusätzliche Stabilisierung des ringartigen Elementes erreicht werden. Außerdem bietet ein solcher Steg auch die Möglichkeit im Bereich des Zentrums der Stützstruktur Koppelelemente anzuordnen, ohne dabei einen zu großen Druckverlust für die Abgasströmung zu verursachen.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das ringartige Element aus einem gestanzten oder einem mit einem Laser zugeschnittenen Blech gebildet ist. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Streben aus einem gestanzten oder mit einem Laser zugeschnittenen Blech gebildet sind. Durch die vorgenannten Verfahren lassen sich besonders einfach passgenaue Bauteile herstellen.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn das ringartige Element und die Sterben mittels eines dauerhaltbaren Fügeverfahrens aus der Gruppe Laserschweißen, Löten oder Schweißen miteinander verbunden sind. Insbesondere aufgrund der hohen thermischen Belastungen ist ein Fügeverfahren zu wählen, welches eine sichere dau- erhaltbare Verbindung unter den gegebenen Belastungen erlaubt.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Streben aus profilierten Blechen gebildet sind, wobei die Streben in axialer Richtung, welche der Hauptdurchströmungsrichtung der Abgasstrecke entspricht, ein im Vergleich zur radialen Richtung erhöhtes Widerstandsmoment aufweisen. Durch profilierte Bleche kann eine richtungsabhängige Festigkeit der Bauteile erreicht werden, so dass diese gezielt höhere Widerstandsmomente in eine Raumrichtung aufnehmen können und somit maßgeschneidert für den Anwendungszweck gefertigt werden können.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Streben bogenförmig gestaltet sind und in Umfangsrichtung des Gehäuses gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Es wird zur sicheren Positionierung des ringartigen Elementes eine Mehrzahl von Streben benötigt. Um eine homogene Kraftverteilung zu gewährleisten ist es daher vorteil- haft, wenn die Streben mit gleichen Abständen zueinander in Umfangsrichtung des Gehäuses verteilt angeordnet sind.

Auch ist es zweckmäßig, wenn die Stützstruktur eine Mehrzahl von Koppelelementen aufweist, über welche die Matrix an der Stützstruktur befestigt ist, wobei die Koppelelemente sowohl an den Streben als auch an dem ringartigen zentralen Element angeordnet sind. Die Koppelelemente dienen der Aufnahme der Heizmatrix und sind bevorzugt derart gestaltet, dass sie Toleranzen ausgleichen können.

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 eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer Stützstruktur aus einem ringartigen Element mit einer Mehrzahl von in radialer Richtung abragenden Streben.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt eine Stützstruktur 1 , welche aus einem zentral angeordneten ringartigen Element 3 und einer Mehrzahl von Streben 2 gebildet ist. Das ringartige Element 3 weist einen s-förmigen Steg 4 auf, welcher zwei Punkte des ringartigen Elementes 3 miteinander verbindet.

Die Streben 2 ragen von dem ringartigen Element 3 in radialer Richtung nach außen ab und werden an ihrem freien Ende mit dem Nicht gezeigten Gehäuse oder einem weiteren ebenfalls nicht gezeigten ringartigen Element verbunden. Die Streben 2 sind im Beispiel der Figur 1 omnidistant in Umfangsrichtung des ringartigen Eie- mentes 3 angeordnet und bogenförmig ausgebildet. In alternativen Ausgestaltungen können die Abstände in Umfangsrichtung auch unterschiedlich sein. Darüber hinaus können die Streben 2 auch gerade ausgebildet sein oder einer anderen Formgebung folgen. Weiterhin können zusätzliche Verbindungselemente vorge- sehen werden, die beispielsweise die einzelnen Streben 2 miteinander verbinden.

Diese können gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt angeordnet sein und jeweils zwei oder mehr Streben miteinander verbinden.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Bezugszeichenliste

1 . Stützstruktur

2. Strebe 3. ringartiges Element

4. Steg