ELEKTRISCH BEHEIZBARE EINHEIT

Abstract

 Eine elektrisch beheizbare Einheit zum Einsatz in einem Gasstrom, insbesondere für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine, umfasst einen von dem Gasstrom durchströmbaren und elektrisch leitfähigen Grundkörper, insbesondere ein Katalysatorsubstrat, mit einer stromeingangsseitigen Stirnfläche, mit einer stromausgangseitigen Stirnfläche und mit einer zwischen den Stirnflächen angeordneten Umfangsfläche. Ferner umfasst die elektrisch beheizbare Einheit eine Heizeinrichtung mit zumindest einer ersten Elektrode und mit zumindest einer zweiten Elektrode. Zumindest eine der Elektroden, insbesondere beide Elektroden, umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht, die an einer Außenfläche des Grundkörpers angeordnet oder auf diese aufgebracht ist und die mit dem Grundkörper elektrisch leitend verbunden ist, ein von der elektrisch leitfähigen Schicht beabstandet angeordnetes elektrisch leitfähiges Kontaktelement und eine elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur, die zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement angeordnet ist und sowohl die elektrisch leitfähige Schicht als auch das elektrisch leitfähige Kontaktelement kontaktiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Einheit zum Einsatz in einem Gasstrom, insbesondere für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung - insbesondere zur katalytischen Abgasnachbehandlung - einer Brennkraftmaschine.

[0002] In modernen Kraftfahrzeugen spielt sowohl der Kraftstoffverbrauch, als auch der Ausstoß von Schadstoffen wie beispielsweise Stickoxide eine immer größere Rolle. Dies wird einerseits durch die Abgasvorschriften der regulierenden Behörden gefordert, andererseits nimmt auch das Umweltbewusstsein der Verbraucher immer weiter zu, sodass die Verbraucher bereits in die Kaufentscheidung ökologische Aspekte einfließen lassen.

[0003] Zur Abgasnachbehandlung in Fahrzeugen werden u.a. Katalysatoren eingesetzt. Konventionelle Katalysatoren umfassen in der Regel einen Grundkörper aus elektrisch nichtleitender Keramik (Wabenkörper mit Kanälen), wobei der Katalysatorgrundkörper mit einem Katalysatormaterial (beispielsweise Metalle der Platin Gruppe, sogenannte Platin Group Metals - PGM) beschichtet ist. Das Katalysatormaterial wird in einer sehr dünnen und porösen Schicht auf den Grundkörper aufgebracht (sogenanntes WashCoat).

[0004] Katalysatoren können erst nach Erreichen einer bestimmten Mindesttemperatur - auch "Anspringtemperatur" oder "light-off" Temperatur genannt - Schadstoffemissionen effizient umsetzen, d.h. in weniger schädliche Gasemissionen umwandeln. Diese Mindesttemperatur liegt bei etwa 250°C bis 280°C kann aber bei gealterten Katalysatoren auch bis zu etwa 400°C bis 800°C betragen. Um diese Temperaturen zu erreichen, wird der Katalysator durch die ihn durchströmenden heißen Abgase aus einem Verbrennungsmotor erwärmt. Je nachdem wo der Katalysator in der Abgasanlage angeordnet ist, kann es einige Zeit in Anspruch nehmen, bis der Katalysator die benötigte Mindesttemperatur erreicht hat. Oftmals ist man bestrebt, den Katalysator möglichst motornah anzuordnen, um diesen möglichst effizient und vor allem schnell aufzuheizen. Eine weitere Möglichkeit, um die Mindesttemperatur schneller zu erreichen, besteht darin, den Katalysator zu beheizen. Hierzu kann eine dem Grundkörper des Katalysators vorgeschaltete Heizscheibe am Katalysatorgrundkörper vorgesehen sein, welche erhitzte Luft in den Grundkörper des Katalysators einträgt und damit den Katalysator vorheizt.

[0005] Zur deutlichen Verkürzung der Zeit bis zum Erreichen der light-off Temperatur tragen direkt beheizbare Katalysatoren bei (electrically heated catalysts - EHC). Bei EHC wird über das Anlegen einer elektrischen Spannung direkt am Katalysatorgrundkörper eine Potentialdifferenz und damit letztlich durch eine Widerstandheizung eine Erwärmung des Katalysators bewirkt. Um dies zu ermöglichen, ist der elektrisch beheizbare Katalysatorgrundkörper aus einem leitfähigen Material gefertigt. Eine an dem leitfähigen Material angelegte Spannung führt durch die daraus resultierende Potentialdifferenz durch den elektrischen Widerstand des leitfähigen Materials zu einer Erwärmung des Katalysators. Eine vollständige Erwärmung, d.h. eine Erwärmung des gesamten Katalysatormaterials, insbesondere im Inneren des Katalysators, benötigt aber auch bei den bekannten direkt beheizbaren Katalysatoren eine gewisse Zeit, was wiederum dazu führt, dass der Katalysator erst nach dieser gewissen Zeit voll funktionsfähig ist, um die Schadstoffe größtenteils aus dem Abgas in unschädliche Stoffe umzuwandeln.

[0006] Eine der größten Herausforderungen bei elektrisch beheizbaren Einheiten mit elektrisch leitendem Substrat (ELS), beispielsweise Katalysatoren, ergibt sich bei der elektrischen Kontaktierung. Das ELS, beispielsweise ein semi-keramisches leitfähiges Trägermaterial, kann an geeigneten Punkten mit einer metallischen Kontaktierung versehen werden, beispielsweise durch eine direkte Verbindung zwischen Metall und ELS, um den elektrischen Strom von einer Stromquelle (Batterie bzw. Leistungselektronik/Endstufe) in das ELS einbringen zu können. Dabei sollte diese Kontaktierung auch so gewählt werden, dass eine für die Heizleistung effektive Bestromung möglich ist. Zusätzlich sollte eine stabile, dauerhafte Verbindung zwischen dem elektrisch leitendem Substrat und der Kontaktierung gegeben sein, damit ein Zusammenbau den Anforderungen an ein Fahrzeugleben standhält.

[0007] Zur Bestromung und damit zur Erwärmung eines elektrisch leitenden Substrats eines Grundkörpers der elektrisch beheizbaren Einheit können Elektroden, bevorzugt aus Metall ausgebildet, vorgesehen sein. Eine direkte elektrische Kontaktierung der Elektroden mit dem Grundkörper kann aus mehreren Gründen problematisch sein. Beispielsweise kann eine unterschiedliche thermische Ausdehnung von Metallen und Keramiken eine direkte Verbindung beider Komponenten, z.B. durch Löten unmöglich oder zumindest fehleranfällig machen. Die Verbindung kann durch unterschiedliche Ausdehnung der Materialien bei Wärmeeinfluss getrennt werden, sodass eine effektive Bestromung des Grundkörpers nicht mehr gewährleistet sein kann. Ein weiteres Problem kann sich aus möglichen Oxidationsprozessen an der Keramik des Grundkörpers ergeben, die zu einer elektrisch passivierten (nichtleitenden) Oxidschicht auf der Oberfläche des Grundkörpers führen kann. Daher kann es vorteilhaft sein, die Kontaktierung vor Sauerstoff zu schützen. Ein mechanisches Anpressen der Elektroden scheidet jedoch, insbesondere bei höheren Temperaturen, aus. Bei einer punktuellen Kontaktierung können sehr hohe Stromdichten in der Keramik des Grundkörpers entstehen. Durch den höheren Widerstand des ELS, beispielsweise im Vergleich zu einem metallischen Anschluss, kann es zu einer sehr starken Temperaturentwicklung bis hin zur Zerstörung des Grundkörpers kommen. Weitere Probleme bei einer punktuellen direkten Kontaktierung können sich aus einer möglichen Kraftübertragung durch die elektrischen Anschlüsse auf die zugempfindliche Keramik sowie aus großen Oberflächentoleranzen bei extrudierten Keramikkörpern (Rundheit, Oberflächenrauigkeit, etc.) ergeben. Eine flächige Kontaktierung der Elektroden mit dem Grundkörper kann vorteilhaft sein und zu einer gleichmäßigeren Erwärmung des Grundkörpers führen.

[0008] Vorstehend wurde die der Erfindung zugrundeliegende Problematik rein beispielhaft anhand einer Anwendung aus der Abgastechnik beschrieben. Ähnliche Probleme ergeben sie aber auch in anderen Bereichen, z.B. in der Prozesstechnik.

[0009] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine stabile und dauerhaft funktionsfähige Verbindung zwischen einem elektrisch leitenden Substrat und einer Kontaktierung zur Bestromung einer beheizbaren Einheit, beispielsweise eines Katalysators oder einer Heizscheibe ermöglicht als bekannte Vorrichtungen aus dem Stand der Technik.

[0010] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine elektrisch beheizbare Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

[0011] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine elektrisch beheizbare Einheit einen elektrisch leitfähigen Grundkörper und eine Heizeinrichtung auf. Der elektrisch leitfähige Grundkörper, insbesondere ein Katalysatorsubstrat, weist eine stromeingangsseitige Stirnfläche, eine stromausgangseitige Stirnfläche und eine zwischen den Stirnflächen angeordnete Umfangsfläche auf und wird von dem Gasstrom durchströmt. Die Heizeinrichtung umfasst zumindest eine erste Elektrode und zumindest eine zweite Elektrode. Zumindest eine der Elektroden, insbesondere beide Elektroden, umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht, die an einer Außenfläche des Grundkörpers angeordnet oder auf diese aufgebracht ist und die mit dem Grundkörper elektrisch leitend verbunden ist, ein von der elektrisch leitfähigen Schicht beabstandet angeordnetes elektrisch leitfähiges Kontaktelement und eine elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur, die zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement angeordnet ist und sowohl die elektrisch leitfähige Schicht als auch das elektrisch leitfähige Kontaktelement kontaktiert.

[0012] Die elektrisch beheizbare Einheit kann als Reinigungseinheit, beispielsweise als Katalysator, oder als Heizeinheit, beispielsweise als Heizscheibe ausgebildet sein. Die Brennkraftmaschine kann als ein Verbrennungsmotor, beispielsweise als Ottomotor oder Dieselmotor, ausgebildet sein. Die Brennkraftmaschine kann auch andere Brennverfahren umsetzen, beispielsweise ein Miller-Brennverfahren, oder andere Brennstoffe verwenden, beispielsweise synthetische Brennstoffe oder Wasserstoffe. Bei einem Betrieb solch einer Maschine entstehen Schadstoffe. Die Schadstoffkonzentrationen können stark von den Betriebsbedingungen abhängen, beispielsweise von der Art des Kraftstoffs, der Konzentration des Kraftstoffs im verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemisch, der Menge des Kraftstoff-Luft-Gemischs, der Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors.

[0013] Die durch die Verbrennung in der Brennkraftmaschine entstehenden Abgase bilden einen Gasstrom. Die Abgase werden über eine an die Brennkraftmaschine angeschlossene Abgasanlage durch eine Abgasnachbehandlungseinrichtung nach außen geleitet, d.h. an die Umgebungsluft des Fahrzeugs abgegeben. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst in der Regel zumindest einen Grundkörper, der von dem Gasstrom, im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Grundkörpers, durchströmt wird. Der Begriff "im Wesentlichen" bezieht sich hierbei darauf, dass der Gasstrom vor allem an der stromeingangsseitigen Stirnfläche (also am Eingang des Grundkörpers) und an der stromausgangsseitigen Stirnfläche (also am Ausgang des Grundkörpers), beispielsweise bauartbedingt, nicht parallel zu einer Längsachse des Grundkörpers verlaufen muss. Auch im Inneren des Grundkörpers können Strömungsabweichungen, beispielsweise kleiner 20° zu einer Längsachse des Grundkörpers möglich sein. Durch die im Wesentlichen parallele Strömung des Abgases zu einer Längsachse des Grundkörpers kann ein geringer Abgasgegendruck innerhalb der Abgasanlage erreicht werden, was einen Leistungsverlust und einen Mehrverbrauch der Brennkraftmaschine verringert. Es sind jedoch grundsätzlich auch andere Strukturen eines von einem Gasstrom durchströmten Grundkörpers denkbar, beispielsweise gedruckte Strukturen. Bei solchen Strukturen können Strömungsabweichungen im Inneren der Strukturen bis zu 90° zu einer Längsachse des Grundkörpers möglich sein. Derartige Strukturen können vorteilhaft hinsichtlich einer Wärmeübertragung von der elektrisch beheizbaren Einheit auf den durchströmenden Gasstrom oder bezüglich einer Reaktivität durch bessere Durchmischung des Gasstroms sein.

[0014] Der elektrisch leitfähige Grundkörper eines elektrisch beheizbaren Katalysators (EHC's), anderer Reinigungseinheiten oder anderer elektrisch beheizbaren Einheiten zum Einsatz in einem Gasstrom, wird bislang oftmals aus Metall aufwändig gefertigt. Unter Verwendung eines semi-keramischen Trägermaterials, das beispielsweise durch Hinzufügen von metallischen Zusätzen (Additiven) in ein Keramik-Substrat vor dem Sinterprozess ebenfalls elektrisch leitfähig und direkt beheizbar gemacht werden kann, können die Vorzüge einer Keramik, wie beispielsweise einer deutlich geringeren Dichte und damit Gewichtsvorteile oder geringere Produktionskosten, gegenüber metallischen Trägern ausgenutzt werden. Vorteil beim direkten Beheizen des keramischen Grundkörpers, der elektrisch bestromt und beheizt werden kann, ist ein höherer Wirkungsgrad und ein schnelleres Heizverhalten, da beispielsweise im Gegensatz zu beheizbaren Katalysatoren/Reinigungseinheiten, die mit Hilfe einer Heizscheibe beheizt werden, die Beheizung nicht über den Umweg erwärmter Luft gegangen werden muss, d.h. die Heizscheibe erwärmt Luft, die dem Grundkörper des Katalysators/der Reinigungseinheit zugeführt wird und somit den Grundkörper indirekt erwärmt. Bei einem EHC/einer Reinigungseinheit mit elektrisch leitfähigem Substrat wird der Grundkörper direkt bestromt und damit direkt erwärmt.

[0015] Der elektrisch leitfähige Grundkörper einer Reinigungseinheit wie beispielsweise ein Katalysator oder ein Partikelfilter kann dabei in Wabenform angeordnete Kanäle aufweisen. Durch die Wabenform, insbesondere durch dünnwandige Kanäle, wird eine Oberfläche des Grundkörpers erhöht. Durch die dünnwandigen Kanäle und die damit erhöhte Oberfläche des Grundkörpers einer als Katalysator ausgebildeten Reinigungseinheit können aus dem Gasstrom der Brennkraftmaschine mehr Abgase in unbedenkliche Stoffe umgewandelt werden, da durch die erhöhte Oberfläche mehr Abgasvolumen in Kontakt mit der katalytisch aktiven Beschichtung (PGM WashCoat) kommt. Auf der Oberfläche des Grundkörpers sind dazu Edelmetalle aufgebracht, wie beispielsweise Rhodium, Platin und Palladium, durch die die Schadstoffe katalytisch umgewandelt werden.

[0016] Die zumindest eine erste Elektrode und die zumindest eine zweite Elektrode der Heizeinrichtung sind aus elektrisch leitenden Elementen ausgebildet. Die erste Elektrode kann auch als Anode und die zweite Elektrode als Kathode fungieren, oder umgekehrt. Die Elektroden kontaktieren - direkt oder indirekt - die elektrisch leitfähige Wabenstruktur des Grundkörpers. Durch das Anlegen einer äußeren Spannung an den Elektroden baut sich eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode auf, so dass ein elektrischer Strom fließt. Der elektrisch leitfähige Grundkörper stellt dabei einen elektrischen Widerstand dar, der zu einer Erwärmung führt. Mit Hilfe einer Steuereinheit kann der Stromfluss zwischen den Elektroden und somit die Erwärmung des Grundkörpers gesteuert werden. Je größer dieser Stromfluss ist, desto heißer wird der elektrisch leitfähige Grundkörper bzw. desto schneller erwärmt sich der elektrisch leitfähige Grundkörper und - bei einem Katalysator - damit auch die auf dem Grundkörper aufgebrachte katalytische Beschichtung (PGM WashCoat). Analoges gilt bei Reinigungseinheiten anderer Bauart, insbesondere bei Partikelfiltern oder bei anderen beheizbaren Einheiten, beispielsweise bei Heizscheiben.

[0017] Die elektrisch leitfähige Schicht ist aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Das elektrisch leitfähige Material weist sowohl temperaturstabile als auch korrosionsbeständige Eigenschaften auf, beispielsweise hitzebeständige Metalle wie z.B. Nickel. Grundsätzlich sind alle geeigneten Metalle, die die Anforderungen bezüglich Temperatur- und Korrosionsstabilität erfüllen, für die Ausbildung der elektrisch leitfähigen Schicht geeignet. Für jede der zumindest einen ersten Elektrode und zumindest einen zweiten Elektrode kann eine eigene elektrisch leitfähige Schicht vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, eine gemeinsame elektrisch leitfähige Schicht für Elektroden mit gleichem Potential zu verwenden. Beispielsweise können einen Mehrzahl von voneinander beabstandeten ersten Elektroden mittels der Steuereinheit mit einem positiven Potential beaufschlagt werden. Die Mehrzahl der ersten Elektroden kann eine gemeinsame elektrisch leitfähige Schicht aufweisen. Entsprechendes gilt für eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten zweiten Elektroden mit gleichem Potential. Die zumindest eine elektrisch leitfähige Schicht je Elektrode ist an einer Außenfläche des Grundkörpers angeordnet. Dabei ist unter der Außenfläche des Grundkörpers eine abgewandte Seite der den Grundkörper umhüllenden Umfangsfläche zu verstehen. Die elektrisch leitfähige Schicht kann galvanisch auf der Außenfläche des Grundkörpers abgeschieden werden. Eine Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schicht kann von der Stromstärke und der Dauer der Bestromung der galvanischen Behandlung des Grundkörpers abhängen. Bei der galvanischen Behandlung wird der Grundkörper in ein Galvanik-Bad gegeben. Bereiche der Außenfläche des Grundkörpers, in denen keine elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht werden soll, werden abgeklebt oder durch Beschichtungen geschützt. Eine weitere Möglichkeit eines gezielten Aufbringens oder Abscheidens der elektrisch leitfähigen Schicht auf die Außenfläche des Grundkörpers kann darin bestehen, den Grundkörper vor der Galvanisierung zu oxidieren, wodurch eine nicht-leitende Oberfläche auf die Außenfläche des Grundkörpers aufgebracht wird. Anschließend werden nur Zielflächen, in denen die elektrisch leitfähige Schicht angeordnet sein soll, mechanisch angeschliffen, um die Oxidschicht in den Zielflächen zu entfernen. Neben einer galvanischen Beschichtung zum Aufbringen der metallischen Schicht auf die Außenfläche des Grundkörpers sind auch andere Verfahren denkbar, beispielsweise ein chemisches Abscheiden der metallischen Schicht oder ein Aufpressen einer dünnen metallischen Folie durch beispielsweise Magnetpulsschweißen.

[0018] Das elektrisch leitfähige Kontaktelement ist zur Kontaktaufnahme einer elektrisch leitenden Verbindung zu der Steuereinheit ausgebildet. Die Kontaktaufnahme kann auf einer von dem Grundkörper weg gerichteten Außenfläche des Kontaktelements oder in dem Kontaktelement, beispielweise durch Aufnahme einer Kontaktierung in einer Bohrung des Kontaktelements, angeordnet sein. Das Kontaktelement kann gleichmäßig von der elektrisch leitfähigen Schicht beabstandet sein und. Ferner kann das Kontaktelement eine gleiche Größe wie die elektrisch leitfähige Schicht aufweisen, d.h. eine Projektion des von der elektrisch leitfähigen Schicht beabstandeten Kontaktelements auf die elektrisch leitfähige Schicht kann zu einer Überdeckung ohne Überlappung der projizierten Fläche des Kontaktelements mit der Fläche der elektrisch leitfähigen Schicht führen. In anderen Worten, eine zweidimensionale Erstreckung (Länge und Breite) der elektrisch leitfähigen Schicht und eine zweidimensionale Erstreckung (Länge und Breite) des Kontaktelements können im Wesentlichen gleich groß sein.

[0019] Die elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur kann einen Raum zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement zumindest abschnittsweise vollständig ausfüllen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Verbindungsstruktur nur einzelne diskrete Verbindungselemente zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Kontaktelement aufweist. Durch die Kontaktierung der Verbindungsstruktur sowohl mit der elektrisch leitfähigen Schicht als auch mit dem Kontaktelement stellt die Verbindungsstruktur ein Bindeglied zwischen dem Kontaktelement und der elektrisch leitfähigen Schicht bzw. dem Grundkörper dar, das einen von außerhalb (beispielsweise von einer Steuereinheit) der elektrisch beheizbaren Einheit über eine Kontaktierung des Kontaktelements zugeführten Stromfluss überträgt und somit eine Bestromung und Erwärmung des Grundkörpers ermöglicht.

[0020] Der Einsatz der erfindungsgemäßen Einheit ist nicht auf die Abgastechnik beschränkt. Es ist auch möglich, die Einheit - in der Abgastechnik oder in anderen Bereichen - lediglich als Heizeinrichtung einzusetzen, mit der ein Gasstrom erhitzt wird, ohne dass eine (katalytisch) reinigende Wirkung erzielt wird.

[0021] Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend und in den abhängigen Ansprüchen genannt.

[0022] Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrisch beheizbare Einheit ferner zumindest eine erste Kontaktfixierung und zumindest eine zweite Kontaktfixierung umfassen. Die zumindest eine erste Kontaktfixierung kann zumindest eine erste Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht und der Verbindungsstruktur fixieren. Die zumindest eine zweite Kontaktfixierung kann zumindest eine zweite Kontaktierung der Verbindungsstruktur und dem Kontaktelement fixieren. Durch die zumindest eine erste Kontaktfixierung und die zumindest eine zweite Kontaktfixierung kann die Verbindungsstruktur gegen ein Verschieben oder Verrutschen gesichert werden. Die Verbindungsstruktur ist jedoch immer noch flexibel zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Kontaktelement angeordnet. Die Verbindungsstruktur kann Relativbewegungen zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Kontaktelement ausgleichen, ohne dass die elektrisch leitende Verbindung (durch die Verbindungsstruktur) zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Kontaktelement unterbrochen wird. Eine Fixierung der Verbindungsstruktur kann insbesondere für eine Montage der elektrisch beheizbaren Einheit in einem Gehäuse (Canning) sinnvoll sein, da hierbei große Kräfte und Beschleunigungen auftreten können, die ein Verschieben oder Verrutschen der Verbindungsstruktur verursachen können.

[0023] Bei einer derartigen Ausführungsform können die erste Kontaktfixierung und/oder die zweite Kontaktfixierung zumindest abschnittsweise als Lotschicht ausgebildet sein und/oder Lotpunkte umfassen. Die Kontaktfixierungen mittels eine Lotschicht kann vorteilhaft sein, da alle oder eine Vielzahl von Kontaktierungen zwischen der Verbindungsstruktur und der elektrisch leitfähigen Schicht und/oder zwischen der Verbindungsstruktur und dem Kontaktelement nahezu gleichzeitig fixiert werden können. Umfasst die Verbindungsstruktur nur eine geringe Anzahl diskreter Verbindungselemente, kann eine Fixierung der diskreten Verbindungselemente durch einzelne Lotpunkte vorteilhaft sein.

[0024] Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrisch leitfähige Schicht eine Schichtdicke zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 30 µm und 80 µm, bevorzugt zwischen 40 µm und 60 µm aufweisen, beispielsweise 50 µm +/- 5 µm. Eine hinreichend große Schichtdicke kann sowohl eine stabile elektrisch leitende Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem elektrisch leitfähigen Grundkörper begünstigen, als auch eine stabile Kontaktfixierung der elektrisch leitfähigen, flexiblen Verbindungsstruktur an der elektrisch leitfähigen Schicht. Eine größere Schichtdicke kann vorteilhaft hinsichtlich einer Stromverteilung und/oder zum Aufbringen einer Kontaktfixierung, beispielsweise einer Lotschicht, auf die elektrisch leitfähige Schicht sein. Eine geringere Schichtdicke kann jedoch Vorteile bringen, um unterschiedlichen Wärmeausdehnungen des Grundkörpers und der elektrisch leitfähigen Schicht entgegenzuwirken.

[0025] Bei einigen Ausführungsformen kann sich die elektrisch leitfähige Schicht im Wesentlichen über eine gesamte axiale Länge in axialer Richtung des Grundkörpers erstrecken. Die gesamte axiale Länge des Grundkörpers kann eine räumliche Ausdehnung des Grundkörpers in axialer Richtung einer Symmetrieachse des Grundkörpers beschreiben, beginnend an der stromeingangsseitigen Stirnfläche des Grundkörpers bis zu der stromausgangsseitigen Stirnfläche des Grundkörpers. Der Begriff "im Wesentlichen" bezieht sich hierbei darauf, dass die elektrisch leitfähige Schicht beispielsweise bis ganz oder nahe an die stromeingangsseitige Stirnfläche und ganz oder nahe an die stromausgangsseitige Stirnfläche des Grundkörpers ausgebildet sein kann, d.h. die zumindest eine elektrisch leitfähige Schicht (und damit die zumindest eine Elektrode) kann so ausgebildet sein, dass die zumindest eine elektrisch leitfähige Schicht abschnittsweise nicht ganz die Ränder, d.h. die stromeingangsseitige Stirnfläche und die stromausgangsseitige Stirnfläche, des Grundkörpers erreicht. Es ist jedoch auch möglich, dass sich die elektrisch leitfähige Schicht, beginnend an der stromeingangsseitigen Stirnfläche des Grundkörpers, in axialer Richtung nur über maximal 10%, 15%, 25% oder bis zu 50% des Grundkörpers erstreckt. Eine derart begrenzte elektrisch leitfähige Schicht beginnend an der stromeingangsseitigen Stirnfläche des Grundkörpers kann den Vorteil haben, dass insbesondere ein Eingangsbereich des Grundkörpers schnell und effizient auf die benötigte Mindesttemperatur gebracht werden kann, um das einströmende Abgas zu reinigen. Das im Eingangsbereich erhitzte Gas erwärmt dann effizient stromabwärtige Bereiche des Grundkörpers.

[0026] Bei einigen Ausführungsformen können zwei oder mehr erste Elektroden und/oder zwei oder mehr zweite Elektroden vorgesehen sein. Eine effektivere und gezieltere Bestromung des Grundkörpers und damit auch eine Erwärmung des Grundkörpers, kann durch eine Vielzahl von ersten und zweiten Elektroden erreicht werden. Dabei können die zwei oder mehr erste Elektroden jeweils ein gleiches elektrisches Potential (positives Potential: Plus-Pol oder negatives Potential: Minus-Pol) aufweisen. Die zwei oder mehr zweite Elektroden können ein elektrisches Potential aufweisen, das dem elektrischen Potential der zwei oder mehr ersten Elektroden entgegengesetzt ist. Falls beispielsweise die zwei oder mehr erste Elektroden ein positives Potential aufweisen, können die zwei oder mehr zweite Elektroden ein negatives Potential aufweisen, und umgekehrt. Zwischen jeweils einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode kann sich eine Potentialdifferenz (Spannung) aufbauen, wenn die erste Elektrode ein anderes Potential aufweist als die zweite Elektrode. Die zumindest zwei oder mehr erste Elektroden und die zumindest zwei oder mehr zweite Elektroden können an der Umfangsfläche des Grundkörpers beabstandet voneinander angeordnet sein.

[0027] Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest eine erste Elektrode an einer Umfangsfläche des Grundkörpers angeordnet sein, insbesondere wobei die zumindest eine erste Elektrode in Umfangsrichtung geschlossen sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine zweite Elektrode an der Umfangsfläche des Grundkörpers angeordnet sein, insbesondere wobei die zumindest eine zweite Elektrode in Umfangsrichtung geschlossen sein kann. Die zumindest eine erste Elektrode kann im Bereich der stromeingangsseitigen Stirnfläche an der Umfangsfläche des Grundkörpers angeordnet sein. Die zumindest eine zweite Elektrode kann im Bereich der stromausgangsseitigen Stirnfläche an der Umfangsfläche des Grundkörpers angeordnet sein.

[0028] Bei einigen Ausführungsformen kann zumindest eine erste Elektrode an einer Stirnfläche des Grundkörpers angeordnet sein und/oder zumindest eine zweite Elektrode an einer Stirnfläche des Grundkörpers angeordnet sein. Die zumindest eine erste Elektrode kann an der stromeingangsseitigen Stirnfläche des Grundkörpers angeordnet sein. Die zumindest eine zweite Elektrode kann an der stromausgangsseitigen Stirnfläche des Grundkörpers angeordnet sein. Bei einer Anordnung einer Elektrode an einer Stirnfläche des Grundkörpers ist zu berücksichtigen, dass eine hinreichend große Durchströmung eines Gasstroms durch den Grundkörper möglich ist.

[0029] Bei einigen Ausführungsformen kann das elektrisch leitfähige Kontaktelement ein Blechbauteil sein, das zumindest abschnittsweise gekrümmt oder eben ausgestaltet ist. Insbesondere kann das Blechbauteil eine zumindest abschnittsweise Form des Grundkörpers und/oder eine zumindest abschnittsweise Form eines Gehäuses, in dem der Grundkörper angeordnet ist, aufweisen. Dadurch kann eine einfache Montage der elektrisch beheizbaren Einheit in dem Gehäuse ermöglicht werden. Das Blechbauteil kann ferner derart ausgestaltet sein, dass eine Kontaktierung für eine Bestromung des Kontaktelements möglich ist, insbesondere kann das Kontaktelement oder das Blechteil eine Aussparung für eine Hülse aufweisen.

[0030] Bei einigen Ausführungsformen kann das elektrisch leitfähige Kontaktelement aus einem temperaturstabilen und/oder korrosionsbeständigen Material, insbesondere aus Edelstahl, gefertigt sein. Das Kontaktelement kann hohen Temperaturen ausgesetzt sein. Durch eine temperaturstabile oder hitzebeständige Ausführung des Kontaktelements kann auch bei den hohen Temperaturen eine zuverlässige Funktionsweise, beispielsweise Kontaktierung von außen zur Bestromung der elektrisch beheizbaren Einheit, des Kontaktelements sichergestellt werden. Zudem kann die Ausgestaltung des Kontaktelements mit einem korrosionsbeständigen Material einer Verschlechterung der Kontaktfähigkeit durch Oxidation entgegenwirken.

[0031] Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur eine unregelmäßige Struktur aufweisen, insbesondere kann die Verbindungsstruktur ein Drahtgestrick umfassen. Das Drahtgestrick kann eine Mehrzahl von Drähten umfassen. Die Drähte können eine spiralförmige, eine gewickelte, eine geflochtene oder eine ungerichtete, beispielsweise eine chaotische Struktur aufweisen. Die unregelmäßig Struktur der elektrisch leitfähigen Verbindungsstruktur kann auch aus einem flexiblen Metallschaum ausgebildet sein. Die unregelmäßige Struktur der Verbindungsstruktur erstreckt sich von der elektrisch leitenden Schicht oder von einer ersten Kontaktfixierung bis zu dem Kontaktelement oder bis zu einer zweiten Kontaktfixierung, sodass sich durch die Verbindungsstruktur eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Kontaktelement ausbildet.

[0032] Bei alternativen Ausführungsformen kann die elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur eine regelmäßige Struktur aufweisen, insbesondere kann die Struktur eine Mehrzahl von diskreten Verbindungselementen, die bevorzugt in radialer Richtung vorgespannt sind aufweisen. Jedes der diskreten Verbindungselemente kann eine gerade, abgewinkelte, oder eine gerichtete Struktur aufweisen. Die Mehrzahl von diskreten Verbindungselementen der Verbindungsstruktur kann einzelne gebogene Blechelemente umfassen, die jeweils zwischen der elektrisch leitenden Schicht und dem Kontaktelement eingeklemmt sind. Die Blechelemente können aus dem Kontaktelement zumindest abschnittsweise ausgestanzt sein und in Richtung der elektrisch leitenden Schicht gebogen sein. Jede der diskreten Verbindungselemente weist eine Länge auf, die größer als der Abstand zwischen der elektrisch leitenden Schicht und dem Kontaktelement ist. Zudem erstreckt sich jedes der diskreten Verbindungselemente von der elektrisch leitenden Schicht oder von einer ersten Kontaktfixierung bis zu dem Kontaktelement oder bis zu einer zweiten Kontaktfixierung, sodass sich durch jedes der diskreten Verbindungselemente eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht und dem Kontaktelement ausbildet.

[0033] Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrisch beheizbare Einheit ferner eine Hülse mit einem Innengewinde umfassen, wobei die Hülse mit dem Kontaktelement elektrisch leitfähig verbunden ist und sich in Richtung des Grundkörpers erstreckt. Die Hülse kann auf das Kontaktelement der elektrisch beheizbare Einheit aufgeschweißt sein. Die Hülse kann zu einer Kontaktierung des Kontaktelements, insbesondere zur Aufnahme eines elektrisch leitfähigen Pins über das Innengewinde der Hülse ausgebildet sein. Eine Bestromung der elektrisch beheizbaren Einheit ist somit über die Hülse möglich.

[0034] Bei einer derartigen Ausführungsform kann ein Ende der Hülse im Wesentlichen bündig mit dem Kontaktelement abschließen. Der Ausdruck "bündig" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass ein leichter Überhang der Hülse über das Kontaktelement hinaus möglich ist. Der Überhang über das Kontaktelement hinaus ist kleiner als ein Abstand des Gehäuses zu dem Kontaktelement im verbauten Zustand der elektrisch beheizbaren Einheit. Dadurch kann ein Einbringen der elektrisch beheizbaren Einheit in das Gehäuse ermöglicht werden, ohne dass die Hülse das Gehäuse berührt. Eine Beschädigung des Gehäuses oder der Hülse kann somit vermieden werden.

[0035] Bei einer derartigen Ausführungsform kann sich ein Ende der Hülse in eine Grundkörperbohrung des Grundkörpers erstrecken, wobei die Grundkörperbohrung einen größeren Durchmesser aufweist als ein Durchmesser der Hülse. Die Grundkörperbohrung ist vor einer Montage der Heizeinrichtung auf den Grundkörper anzubringen. Die Grundkörperbohrung ist derart ausgebildet, um ein Ende der Hülse aufzunehmen, ohne dass sich das Ende der Hülse und der Grundkörper berühren. Bei einer Bestromung der elektrisch beheizbaren Einheit über einen Pin der in der Hülse angeordnet ist, kann somit kein direkter Stromfluss zwischen der Hülse und dem Grundkörper erfolgen. Der Stromfluss erfolgt über die Heizeinrichtung, eine punktuelle Stromeinleitung durch die Grundkörperbohrung wird dadurch vermieden. Ein Untermaß der Hülse gegenüber der Grundkörperbohrung des Grundkörpers kann auch einer Beschädigung des Grundkörpers bei einer Wärmeausdehnung durch Bestromung der (Metall-)Hülse entgegenwirken.

[0036] Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrisch beheizbare Einheit ferner einen Pin umfassen, der mit dem Kontaktelement elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei sich der Pin in Richtung von dem Grundkörper weg erstreckt. Der Pin kann aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein. Ein Ende das Pins kann das Kontaktelement der elektrisch beheizbaren Einheit elektrisch leitend kontaktieren. Insbesondere kann der Pin auf das Kontaktelement aufgeschweißt sein oder der Pin kann in die Hülse eingeschraubt sein und somit elektrisch leitend mit dem Kontaktelement verbunden sein. Ein anderes Ende des Pins kann mit einer Steuereinheit verbindbar sein, wobei mittels der Steuereinheit eine Bestromung der elektrisch beheizbaren Einheit erfolgen kann. Durch die Bestromung wird eine Potentialdifferenz zwischen den zumindest zwei Elektroden der elektrisch beheizbaren Einheit erzeugt. Die Potentialdifferenz kann bedarfsgerecht gesteuert werden.

[0037] Bei einigen Ausführungsformen kann die elektrisch beheizbare Einheit in einem Gehäuse geklemmt sein. Das Gehäuse kann aus einem Metall, beispielsweise Edelstahl ausgebildet sein. Das Gehäuse kann einen Einlass und einen Auslass aufweisen. Durch den Einlass kann ein Gasstrom, insbesondere eine Abgasstrom einer Brennkraftmaschine strömen. Der in das Gehäuse einströmende Gasstrom kann im Inneren des Gehäuses durch die elektrisch beheizbare Einheit strömen und durch den Auslass des Gehäuses wieder aus dem Gehäuse austreten. Die elektrisch beheizbare Einheit kann mittels zumindest einer Lagermatte in das Gehäuse geklemmt sein.

[0038] Bei einer derartigen Ausführungsform kann zumindest eine Lagermatte zwischen dem Gehäuse und dem Grundkörper, insbesondere zwischen dem Gehäuse und dem Kontaktelement, angeordnet sein. Die zumindest eine Lagermatte kann aus einem elektrisch isolierenden, temperaturbeständigen Material, beispielsweise Hochtemperaturwolle ausgebildet sein. Die Lagermatte kann den Grundkörper der elektrisch beheizbaren Einheit zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, umgeben. Die elektrisch beheizbare Einheit kann mittels der Lagermatte in dem Gehäuse fixiert und gegen das Gehäuse isoliert werden.

[0039] Bei einer alternativen Ausführungsform können zwei oder mehr Lagermatten zwischen dem Gehäuse und dem Grundkörper angeordnet sein, wobei zumindest eine Lagermatte zwischen dem Gehäuse und dem Kontaktelement angeordnet sein kann. Dabei kann eine erste Lagermatte die hierin beschriebene Heizeinrichtung aufnehmen, sodass die zumindest zwei Elektroden der Heizeinrichtung durch die erste Lagermatte fixiert werden. Die erste Lagermatte kann zur Aufnahme der zumindest zwei Elektroden der Heizeinrichtung Aussparungen aufweisen. Die erste Lagermatte kann den Grundkörper der elektrisch beheizbaren Einheit zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, umgeben und bündig mit einer zu dem Gehäuse hingewandten Außenfläche des Kontaktelements abschließen. Der Ausdruck "bündig" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die zu dem Gehäuse hingewandten Außenfläche des Kontaktelements für eine Kontaktierung zugänglich ist und nicht von der ersten Lagermatte überdeckt wird. Die zweite Lagermatte kann auf der ersten Lagermatte insbesondere eben aufliegen. Um die Kontaktierung des Kontaktelements über die dem Gehäuse zugewandten Außenfläche des Kontaktelements zu ermöglichen, kann die zweite Lagermatte eine Aussparung aufweisen. Die Aussparung der zweiten Lagermatte kann kleiner sein als die Aussparung der ersten Lagermatte. Die zweite Lagermatte überdeckt einen Teil der zu dem Gehäuse hingewandten Außenfläche des Kontaktelements und fixiert und isoliert somit das Kontaktelement gegen das Gehäuse.

[0040] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Abgasanlage, die eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer elektrisch beheizbare Einheit gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen aufweist.

[0041] Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, die mit einer Abgasanlage der vorstehend beschriebenen Art verbunden ist.

[0042] Die Erfindung wird nachfolgend rein beispielhaft anhand von Ausführungsformen, die in der Abgastechnik zum Einsatz gelangen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1A

zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit mit einer Heizeinrichtung,

Fig. 1B

zeigt einen Ausschnitt der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit in schematischer Schnittdarstellung gemäß Fig. 1A,

Fig. 2

zeigt einen weiteren Ausschnitt der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit in schematischer Schnittdarstellung,

Fig. 3

zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit mit einer Heizeinrichtung in einem Gehäuse,

Fig. 4

zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit mit einer Heizeinrichtung,

Fig. 5

zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit mit zwei Lagermatten,

Fig. 6

zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit gemäß Fig. 3 mit einer Kontaktierung über eine Hülse, und

Fig. 7

zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit gemäß Fig. 3 mit einer Kontaktierung über einen aufgeschweißten Pin.

[0043] Fig. 1A zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 mit einer Heizeinrichtung zur (im vorliegenden Beispiel katalytischen) Behandlung eines Gasstroms mit einem elektrisch leitfähigen Grundkörper 102, insbesondere einem Katalysatorsubstrat. Der Grundkörper 102 ist in der dargestellten Ausführungsform zylinderförmig ausgestaltet und in seiner Ausdehnung von einer stromeingangsseitigen Stirnfläche 110, einer stromausgangsseitigen Stirnfläche 112 und einer zwischen den Stirnflächen 110, 112 angeordneten Umfangsfläche 104 begrenzt. Der Grundkörper 102 kann aber auch andersartig geformt sein. Innerhalb des durch die Stirnflächen 110, 112 und die Umfangsfläche 104 begrenzten Raumes weist der Grundkörper 102 eine Wabenstruktur 103 auf, wobei die Wabenstruktur 103 eine Mehrzahl dünnwandiger Kanäle ausbildet.

[0044] Der Grundkörper 102 ist von einem Gasstrom, insbesondere von einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine durchströmbar. Der Grundkörper 102 wird von dem Gasstrom in Strömungsrichtung 130 des Gasstroms durchströmt, wobei der Gasstrom an der stromeingangsseitigen Stirnfläche 110 des Grundkörpers 102 in den Grundkörper 102, insbesondere in die dünnen Kanäle der Wabenstruktur 103, einströmt. Der Gasstrom wird dabei in Strömungsrichtung 130 durch die Wabenstruktur 103 des Grundkörpers 102 geleitet, bis der Gasstrom an der stromausgangsseitigen Stirnfläche 112 des Grundkörpers 102 wieder austritt. Die Kanäle der Wabenstruktur 103 des Grundkörpers 102 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung 130 des Gasstroms. Der Grundkörper 102 ist bevorzugt dreh- oder rotationssymmetrisch zu einer Symmetrieachse A ausgestaltet. Die Symmetrieachse A entspricht in der dargestellten Ausführungsform der Längsachse des Grundkörpers 102.

[0045] Die Heizeinrichtung der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 umfasst in dieser Ausführungsform eine erste Elektrode 106 und eine zweite Elektrode 108, die voneinander beabstandet an der Umfangsfläche 104 des Grundkörpers 102 angeordnet sind. Die Heizeinrichtung kann in anderen Ausführungsformen auch mehr als eine erste Elektrode 106 und/oder mehr als eine zweite Elektrode 108 umfassen. Die Elektroden 106, 108 sind mit der Umfangsfläche 104 des Grundkörpers 102 elektrisch leitfähig verbunden. Durch Anlegen beispielsweise eines negativen elektrischen Potentials (Minus-Pol) an der ersten Elektrode 106 und eines positiven elektrischen Potentials (Plus-Pol) an der zweiten Elektrode 108 wird ein Spannungsfeld zwischen der ersten Elektrode 106 und der zweiten Elektrode 108 erzeugt. Es ist auch möglich, die erste Elektrode 106 mit einem positiven elektrischen Potential und die zweite Elektrode 108 mit einem negativen elektrischen Potential zu beaufschlagen. Durch die unterschiedliche Polung der ersten Elektrode 106 und der zweiten Elektrode 108 bildet sich eine Potentialdifferenz (Spannung) zwischen der ersten Elektrode 106 und der zweiten Elektrode 108. Die Ausbildung der Potentialdifferenz kann durch eine Steuereinheit (nicht dargestellt), welche der Heizeinrichtung zugeordnet ist, bedarfsgerecht gesteuert werden. Bei Anliegen einer Spannung fließt ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode 106 und der zweiten Elektrode 108. Der elektrische Strom bewirkt dabei, dass sich Bereiche zwischen der ersten Elektrode 106 und der zweiten Elektrode 108, aufgrund eines elektrischen Widerstands des elektrisch leitfähigen Grundkörpers 102, thermisch erwärmen und somit der Grundkörper 102 beheizt wird.

[0046] Zumindest eine der Elektroden 106, 108, insbesondere beide Elektroden 106, 108 umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht 114, ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement 116 und eine elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur 118. Die elektrisch leitfähige Schicht 114 ist an einer Außenfläche des Grundkörpers 102 angeordnet oder auf diese aufgebracht. Ferner ist die elektrisch leitfähige Schicht 114 elektrisch leitend mit dem Grundkörper 102 verbunden. Die elektrisch leitfähige Schicht 114 kann sich beginnend an der stromeingangsseitigen Stirnfläche 110 in axialer Richtung der Symmetrieachse A über 10%, 15%, 25%, 50% der axialen Länge des Grundkörpers 102 oder über die gesamte axiale Länge des Grundkörpers 102 erstrecken und eine im Wesentlichen konstante Schichtdicke aufweisen.

[0047] Die Verbindungsstruktur 118 und das Kontaktelement 116 der Elektroden 106, 108 weisen im Wesentlichen dieselbe axiale Erstreckung auf wie die elektrisch leitfähige Schicht 114. Der Begriff "im Wesentlichen" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die elektrisch leitfähige Schicht 114 und/oder das Kontaktelement 116 eine geringfügig, im Bereich von einigen Zentimetern, größere axiale Erstreckung aufweisen können als die Verbindungsstruktur 118.

[0048] Das elektrisch leitfähige Kontaktelement 116 ist in radialer Richtung von dem Grundkörper 102 weg beabstandet von der elektrisch leitfähigen Schicht 114 angeordnet. Das Kontaktelement 116 kann zumindest abschnittsweise gekrümmt als Blechbauteil ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann das Kontaktelement 116 auch zumindest abschnittsweise eben ausgebildet sein. Ein Abstand zwischen dem Kontaktelement 116 und der elektrisch leitfähigen Schicht 114 kann gleich groß ausgebildet sein, d.h. das Kontaktelement 116 kann parallel versetzt zu der elektrisch leitfähigen Schicht 114 angeordnet sein.

[0049] In dem durch die elektrisch leitfähige Schicht 114 und dem Kontaktelement 116 begrenzten Zwischenraum ist die elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur 118 angeordnet. Die Verbindungsstruktur 118 kontaktiert sowohl die Schicht 114 als auch das Kontaktelement 116, d.h. die Verbindungsstruktur 118 ist sowohl mit der elektrisch leitfähigen Schicht 114 als auch mit dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement 116 elektrisch leitfähig verbunden. Die Verbindungsstruktur 118 kann als unregelmäßige Struktur, beispielsweise als Drahtgestrick, oder als regelmäßige Struktur mit einer Mehrzahl von diskreten Verbindungselementen, die in radialer Richtung vorgespannt sind, ausgebildet sein.

[0050] Fig. 1B zeigt einen Ausschnitt der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 in schematischer Schnittdarstellung durch eine Schnittebene E der Ausführungsform gemäß Fig. 1A. Der in Fig. 1B dargestellte Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 umfasst folgende Elemente: einen Grundkörper 102 mit Wabenstruktur 103, beispielsweise eines Katalysators, eine elektrisch leitfähige Schicht 114, eine erste Kontaktfixierung 120, eine Verbindungsstruktur 118, eine zweite Kontaktfixierung 121 und ein Kontaktelement 116. Die Elemente sind schichtförmig in radialer Richtung nach außen, vom Grundkörper 102 weg, angeordnet. Die elektrisch leitfähige Schicht 114 ist an einer Außenfläche des Grundkörpers 102 aufgebracht. Die erste Kontaktfixierung 120 fixiert zumindest eine erste Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht 114 und der Verbindungsstruktur 118. In anderen Worten, die erste Kontaktfixierung 120 fixiert zumindest einen Punkt oder zumindest eine Fläche der Verbindungsstruktur 118 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 114. Dadurch ist die Verbindungsstruktur 118 an der elektrisch leitfähigen Schicht 114 gegen translatorische und rotatorische Bewegungen fixiert. Die Verbindungsstruktur 118 wird mittels der zweiten Kontaktfixierung 121 auch an dem Kontaktelement 116 fixiert. Die zweite Kontaktfixierung 121 fixiert folglich zumindest eine zweite Kontaktierung der Verbindungsstruktur 118 und dem Kontaktelement 116. Die Verbindungsstruktur 118 ist an dem Kontaktelement 116 mittels der zweiten Kontaktfixierung 121 zumindest in einem Punkt oder zumindest in einer Fläche fixiert. Dadurch ist die Verbindungsstruktur 118 an dem Kontaktelement 116 gegen translatorische und rotatorische Bewegungen fixiert.

[0051] Die elektrisch leitfähige Schicht 114 kann aus einer Metallschicht gefertigt sein, beispielsweise aus galvanisch abgeschiedenem Nickel. Die Schicht 114 kann den Grundkörper 102, beispielsweise ein elektrisch leitendes Substrat, vor Oxidation schützen und gleichzeitig eine Kontaktfläche für zumindest eine erste Kontaktfixierung 120 bilden. Die elektrisch leitfähige Schicht 114 weist eine Schichtdicke auf, die die Wärmeausdehnung des Grundkörpers 102 nicht behindert. Beispielsweise kann die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schicht 114 zwischen 10 µm und 100 µm liegen, insbesondere zwischen 30 µm und 80 µm, bevorzugt zwischen 40 µm und 60 µm (z.B. 50 µm +/- 5 µm). Die erste Kontaktfixierung 120 und/oder die zweite Kontaktfixierung 121 können zumindest abschnittsweise als Lotschicht ausgebildet sein und/oder Lotpunkte umfassen (siehe Fig. 2), wobei die elektrisch leitfähige Schicht 114 zu einem einfacheren Aufbringen der Lotpunkte oder der Lotschicht ausgebildet sein kann.

[0052] Fig. 2 zeigt einen weiteren Ausschnitt der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 in schematischer Schnittdarstellung. Die erste Kontaktfixierung 120 ist in dieser Ausführungsform als eine Mehrzahl von Lotpunkten 122 ausgebildet. Die Lotpunkte 122 können eine Fixierung der Verbindungsstruktur 118, ausgebildet als Drahtgestrick 124, an der elektrisch leitfähigen Schicht 114 ermöglichen und folglich auch eine Fixierung der Verbindungsstruktur 118 oder des Drahtgestricks 124 an dem Grundkörper 102. Die Lotpunkte 122 (bzw. die erste Kontaktfixierung 120) können eine Relativ-Bewegung des Grundkörpers 102 und des Drahtgestricks 124 verhindern oder einschränken und damit einem mechanischen Abrieb des Grundkörpers 102 oder des Drahtgestricks 124 entgegenwirken. Zusätzlich kann die erste Kontaktfixierung 120 in Form von Lotpunkten 122 oder in Form einer Lotschicht (nicht dargestellt) die elektrisch leitfähige Schicht 114 an den Kontaktstellen vor Umwelteinflüssen schützen. Entsprechend des in Fig. 2 dargestellten Ausschnitts der ersten Kontaktfixierung 120, kann eine zweite Kontaktfixierung 121, beispielsweise eine weitere Verlötung durch Lotpunkte 122 als Fixierung zwischen dem Drahtgestrick 124 und dem Kontaktelement 116 erfolgen. Die zweite Kontaktfixierung kann ebenfalls als eine Mehrzahl an Lotpunkten 122 oder als Lotschicht ausgebildet sein und eine Relativ-Bewegung des Drahtgestricks 124 und des Kontaktelements 116 verhindern oder einschränken. Bei höheren Anwendungstemperaturen ist diese Verlötung bzw. eine Fixierung der Verbindungsstruktur 118 maßgeblich.

[0053] Das Drahtgestrick 124 kann eine ausgleichende Komponente zwischen einer Keramik des Grundkörpers 102 eines Katalysators und dem Kontaktelement 116 darstellen. Die Verbindungsstruktur 118 oder das Drahtgestrick 124 kann für einen Ausgleich von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen sorgen und einen Toleranzausgleich zwischen einer unebenen Keramikoberfläche des Grundkörpers 102 und dem Kontaktelement 116 schaffen. Ferner kann die Verbindungsstruktur 118 für eine mechanische Entkoppelung zwischen dem Kontaktelement 116 und dem Grundkörper 102 sorgen, so dass beispielsweise Kräfte auf das Kontaktelement 116 (z.B. über einen Anschluss-Pin) nicht direkt auf die Keramik des Grundkörpers 102 übertragen werden. Anstelle des in Fig. 2 dargestellten Drahtgestricks 124 können im jeweiligen Anwendungsbereich erforderliche andersartige Ausführungsformen einer Verbindungsstruktur 118 Verwendung finden, insbesondere elektrisch leitende, flexible Verbindungen. Das elektrisch leitfähige Kontaktelement 116 kann aus einem temperaturstabilen und/oder korrosionsbeständigen Material, insbesondere aus Edelstahl, gefertigt sein. Das Kontaktelement 116 kann eine gleichmäßige flächige Stromverteilung zwischen einem Anschluss, beispielsweise mittels eines Pins oder einer Hülse, und der Keramik des Grundkörpers 102 begünstigen.

[0054] Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 mit einer Heizeinrichtung in einem Gehäuse 126. Der Schichtaufbau der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 kann einer der in Figuren 1A, 1B und 2 beschriebenen Ausführungsformen entsprechen. Die elektrisch beheizbare Reinigungseinheit 100 ist in einem Gehäuse 126 angeordnet. Das Gehäuse 126 kann aus Metall gefertigt sein. Eine elektrische Isolierung der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 zu dem Gehäuse 126 erfolgt über eine elektrisch isolierende optional intumeszente Lagermatte 128, die zwischen dem Gehäuse 126 und dem Kontaktelement 116 angeordnet ist. Neben der elektrischen Isolierung der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 zu dem Gehäuse 126 kann die Lagermatte 128 auch die elektrisch beheizbare Reinigungseinheit 100 in dem Gehäuse 126 fixieren. Es können auch mehrere Lagermatten 128, insbesondere zwei elektrisch isolierende Lagermatten 128 (siehe Fig. 5), für die Isolation und Fixierung der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 verwendet werden.

[0055] Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 mit einer Heizeinrichtung. Alternativ oder zusätzlich zu einer Kontaktierung der Elektroden 106, 108 an einer Außenfläche des Grundkörpers 102, kann auch eine Kontaktierung über die stromeingangsseitige Stirnfläche 110 und/oder die stromausgangsseitige Stirnfläche 112 erfolgen. Eine erste Elektrode 106 kann an der stromeingangsseitigen Stirnfläche 110 des Grundkörpers 102 angeordnet sein. Dabei ist zu berücksichtigen, dass eine hinreichend große Durchströmung eines Gasstroms in Strömungsrichtung 130 entlang einer Symmetrieachse A durch den Grundkörper 102 möglich ist. Beispielsweise kann die erste Elektrode 106 ringförmig ausgebildet und zumindest abschnittsweise an einem Randbereich des Grundkörpers 102 angeordnet sein, sodass ein Großteil des kreisrunden Querschnitts (bei einer zylinderförmigen Ausgestaltung des Grundkörpers 102) von dem Gasstrom weiterhin durchströmbar ist. Die erste Elektrode 106 kann insbesondere in Umfangsrichtung geschlossen sein. Die erste Elektrode 106 kann wie hierin beschrieben eine Verbindungsstruktur 118 umfassen. Die Verbindungsstruktur 118 kann entsprechend der ringförmigen Geometrie der ersten Elektrode 106 als Drahtgestrickring ausgebildet sein. Der Drahtgestrickring kann auf den Grundkörper 102 bzw. auf eine elektrisch leitfähige Schicht 114 (in Fig. 4 nicht dargestellt) aufgelötet werden. Eine Kontaktierung bzw. eine Bestromung der ersten Elektrode 106 kann über zumindest einen Klemmkontakt erfolgen, der zwischen dem Drahtgestrickring und einem Stützring 132 angeordnet ist. Der Stützring 132 kann umlaufend, stromeingangsseitig an dem Grundkörper 102 angeordnet sein. Alternativ kann eine Bestromung der ersten Elektrode 106 auch über eine Anschlusskontaktierung erfolgen, die direkt auf den Drahtgestrickring aufgelötet ist. Die Kontaktierung der ersten Elektrode 106 kann elektrisch mit einer Steuereinheit verbindbar sein, wie hierin beschrieben.

[0056] Die an der stromeingangsseitigen Stirnfläche 110 des Grundkörpers 102 angeordnete erste Elektrode 106 kann durch Stützringe 132 gegen ein Gehäuse 126 (nicht dargestellt) fixiert und elektrisch isoliert werden. Die Stützringe 132 sind aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet, um eine Bestromung des Gehäuses 126 zu vermeiden.

[0057] Die zweite Elektrode 108 kann an der stromausgangsseitigen Stirnfläche 112 des Grundkörpers 102 angeordnet sein, beispielsweise zentriert um die Symmetrieachse A des Grundkörpers 102. Die zweite Elektrode 108 kann wie hierin beschrieben eine Verbindungsstruktur 118 und ein Kontaktelement 116 umfassen. Die Verbindungsstruktur 118 kann als Drahtgestrick 124 gebildet sein, das mittig auf der stromausgangsseitigen Stirnfläche 112 des Grundkörpers aufgelötet ist. Das Kontaktelement 116 kann als Halteblech ausgebildet sein, das beispielsweise kreuz- oder sternförmig auf das Drahtgestrick 124 geklemmt ist. Das Halteblech 136 kann umlaufend an dem stromausgangsseitig angeordneten Stützring 132 geklemmt sein. Alternativ kann das Kontaktelement 116 bzw. das Halteblech 136 auch direkt auf die Verbindungsstruktur 118, ausgebildet als Drahtgestrick 124, angelötet werden. Eine Kontaktierung bzw. eine Bestromung der zweiten Elektrode 108 kann über eine Anschlusskontaktierung 134, die mittels des Halteblechs 136 gehalten wird erfolgen. Die Anschlusskontaktierung 134 kann als auf das Kontaktelement 116 bzw. auf das Halteblech 134 aufgeschweißter Pin oder aufgeschweißte Mutter ausgebildet sein, wie hierin beschrieben.

[0058] Durch eine derartige Anordnung der ersten Elektrode 106 und der zweiten Elektrode 108 kann bei einer Bestromung der Elektroden 106, 108 eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode 106 und der zweiten Elektrode 108 im Wesentlichen durch den gesamten Grundkörper 102 ausgebildet werden und somit der Grundkörper 102 erwärmt bzw. aufgeheizt werden. Die erste Elektrode 106 und die zweite Elektrode 108 können nach einer der hierin beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein. Der Grundkörper 102 ist durch zumindest eine Lagermatte 128 in dem Gehäuse 126 fixiert. Zusätzlich zu der zumindest einen Lagermatte 128 kann der Grundkörper 102 über Stützringe 132 in dem Gehäuse 126 gelagert sein.

[0059] Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 mit zwei Lagermatten 128, 129. Insbesondere die Herstellbarkeit bei der Kontaktierung der an einer Umfangsfläche 104 des Grundkörpers 102 angeordneten beispielsweise ersten Elektrode 106 ist aufgrund der notwendigen Isolierung gegen das Gehäuse 126 (nicht dargestellt) herausfordernd, da das Gehäuse 126 oder das Canning hohen Temperaturen, Beschleunigungen und Abgasdrücken ausgesetzt sein kann. Die erste Elektrode 106 ist in einer Aussparung einer ersten Lagermatte 128 angeordnet. Dabei schließt die erste Lagermatte 128 bündig mit der ersten Elektrode 106 bzw. mit einer Außenfläche des Kontaktelements 116 der ersten Elektrode 106 ab. Auf der ersten Lagermatte 128 ist eine zweite Lagermatte 129 angeordnet. Zur Kontaktierung der ersten Elektrode 106 ist eine Aussparung 138 in der zweiten Lagermatte 129 vorgesehen. Die Aussparung 138 der zweiten Lagermatte 129 kann einen Bereich der Außenfläche des Kontaktelements 116 der ersten Elektrode 106 derart freigeben, dass dieser Bereich von außen durch das Gehäuse 126 zugänglich ist. Die Elektrode 106 kann folglich von außen durch das Gehäuse 126 kontaktiert und bestromt werden. Anstelle der hier beschriebenen ersten Elektrode 106 kann auch die Kontaktierung einer Mehrzahl von Elektroden 106, 108, insbesondere auch die Kontaktierung der zweiten Elektrode 108, durch eine entsprechende Aussparung 138 der Lagermatte 129 ermöglicht werden.

[0060] Ein elektrischer Anschluss der Elektroden 106, 108 über eine Aussparung 138 in der zweiten Lagermatte 129 und einer Aussparung in dem Gehäuse 126 kann auf verschiedene Weisen erfolgen. Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 gemäß Fig. 3 mit einer Kontaktierung über eine Hülse 140. Die Elektrode 106, die zumindest eine elektrisch leitfähige Schicht 114, ein elektrisch leitfähiges Kontaktelement 116 und eine elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur 118 umfasst, ist in einer ersten Lagermatte 128 angeordnet. Die erste Lagermatte 128 schließt im Wesentlichen bündig mit einer zu dem Gehäuse 126 hingewandten Außenfläche des Kontaktelements 116 ab. Eine zweite Lagermatte 129 liegt auf der ersten Lagermatte 128 auf, wobei die zweite Lagermatte 129 eine Aussparung 138 im Bereich einer gewünschten Kontaktierung der Elektrode 106 aufweist. Die zweite Lagermatte 129 mit der Aussparung 138 kann eine notwendige Isolierung zu dem Gehäuse 126 und die Kontaktierung des Kontaktelements 116 von außen ermöglichen. Jedoch kann die Aussparung 138 an der zweiten Lagermatte 129 zur Kontaktierung des Kontaktelements 116 einen Einsatz von axialen Stützringen 132 (siehe Fig. 4) notwendig machen.

[0061] Die Kontaktierung der Elektrode 106 bzw. des Kontaktelements 116 kann über eine in das Kontaktelement 116 eingeschweißte Hülse 140 erfolgen. Die Hülse 140 ist mit dem Kontaktelement 116 der Elektrode 106 elektrisch leitfähig verbunden. Ein Ende der Hülse 140 schließt im Wesentlichen bündig mit dem Kontaktelement 116 ab. Wie in Fig. 6 dargestellt, ist ein leichter Überhang der Hülse 140 über das Kontaktelement 116 hinaus möglich, jedoch nur soweit, dass sich die Hülse 140 nicht bis an das Gehäuse 126 erstreckt. Ein anderes Ende der Hülse 140 erstreckt sich durch die Verbindungsstruktur 118 in Richtung des Grundkörpers 102, um ein Einbringen der elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 in das Gehäuse 126, also das Canning, nicht zu behindern. Das andere Ende der Hülse 140 kann sich in einer Grundkörperbohrung 142 des Grundkörpers 102 erstrecken, wobei die Grundkörperbohrung 142 einen größeren Durchmesser aufweist als ein Durchmesser der Hülse 140. Um beispielsweise einem Problem einer Wärmeausdehnung des Grundkörpers 102 oder der Hülse 140 zu umgehen, ist zwischen der Hülse 140 und dem Grundkörper 102 ein Luftspalt durch die Grundkörperbohrung 142 und durch ein in die Grundkörperbohrung 142 ragendes Ende der Hülse 140 ausgebildet, sodass sich die Hülse 140 und der Grundkörper 102 nicht berühren.

[0062] Um einem Verrutschen der flexiblen Verbindungsstruktur 118 und/oder des Kontaktelements 116 während des Cannings entgegenzuwirken sind zudem fest verbundene, stabil ausgeführte Elemente, beispielsweise die hierin beschriebenen Kontaktfixierungen 120, 121 der elektrisch beheizbaren Einheit 100 vorteilhaft. Insbesondere kann die hierein beschriebene Verbindung der Verbindungsstruktur 118 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 114 und dem Kontaktelement 116 mittels einer ersten Kontaktfixierung 120 und einer zweiten Kontaktfixierung 121 vorteilhaft sein (nicht dargestellt), um in dem Canning-Prozess einem Verschieben des Kontaktelements 116 entgegenzuwirken. Dadurch kann ein vollautomatisiertes Canning ermöglicht werden.

[0063] Nach dem Canning kann über oder durch die Aussparung 138 ein Pin 144 in die Hülse 140 eingebracht werden. Die Hülse 140 kann beispielsweise ein Innengewinde aufweisen in das der Pin 144 eingeschraubt werden kann. Der Pin 144 kann zur Isolation gegen das Gehäuse 126 eine Buchse 146 aufweisen. Die Buchse 146 kann aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet sein. Die Buchse 146 kann alternativ auch aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sein und auf dem Pin 144 aufgeschrumpft sein. In dieser Ausführungsform ist der Pin 144 in einem Bereich, in dem der Pin 144 von der Buchse 146 umhüllt wird, keramisch beschichtet, sodass der Pin 144 und die Buchse 146 elektrisch isolierend miteinander verbunden sind. Die Buchse 146 ist von dem Kontaktelement 116 beabstandet angeordnet. Die Buchse 146 kann anschließend an das Canning an dem Gehäuse 126 gasdicht angebracht werden, beispielsweise durch Anschweißen. Der Pin 144 kann mit einer Steuereinheit (nicht dargestellt) elektrisch verbindbar sein. Durch die Steuereinheit kann die Ausbildung einer Potentialdifferenz zwischen zumindest zwei Elektroden 106, 108 bedarfsgerecht gesteuert werden.

[0064] Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer elektrisch beheizbaren Reinigungseinheit 100 gemäß Fig. 3 mit einer Kontaktierung über einen aufgeschweißten Pin 144. Die Kontaktierung des Kontaktelements 116 kann auch über einen an dem Kontaktelement 116 aufgeschweißten, elektrisch leitfähigen Pin 144 erfolgen. Der Pin 144 wird nach dem Canning durch die Aussparung 138 der Lagermatte 129 mit dem Kontaktelement 116 elektrisch leitfähig verbunden, beispielsweise durch Widerstandsschweißen oder Reibschweißen. Eine Aussparung im Gehäuse 126 und die Aussparung 138 in der Lagermatte 129 sind so dimensioniert, dass der Pin 144 durch die Aussparung im Gehäuse 126 und durch die Aussparung 138 in der Lagermatte 129 hindurchführbar ist und an dem Kontaktelement 116 angebracht werden kann. Der Pin 144 erstreckt sich in Richtung von dem Grundkörper 102 weg aus dem Gehäuse 126 heraus. Der Pin 144 kann eine elektrisch isolierende Buchse 146 aufweisen, um den Pin 144 gegen das metallische Gehäuse 126 zu isolieren. Die Buchse 146 kann an dem Pin 144 vormontiert sein oder nachträglich nach dem Anbringen des Pins 144 an dem Kontaktelement 116 auf den Pin 144 aufgesteckt werden, sodass die Buchse 146 zwischen dem Pin 144 und dem Gehäuse 126 angeordnet ist. Die Buchse 146 kann auch, wie in der Ausführungsform der Fig. 6 beschrieben, aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sein, wobei die Buchse 146 und der Pin 144 elektrisch isolierend miteinander verbunden sind. Die Buchse 146 kann gasdicht an dem Gehäuse 126 angebracht sein, beispielsweise durch Anschweißen. Alternativ oder optional kann die Buchse 146 auch an einem Hutblech 148 angeordnet sein. Eine Verwendung des Hutblechs 148 kann bei ungenauer Positionierung des Pins 144 beim Canning oder bei unrunden Buchsen 146 vorteilhaft sein. Die Buchse 146 kann dann zusammen oder getrennt mit dem Hutblech 148 auf den Pin 144 aufgeschoben werden. Im Anschluss wird das Hutblech 148 an dem Gehäuse 126 gasdicht angebracht, beispielsweise durch Anschweißen mittels einer Rundnaht, um die Aussparung an dem Gehäuse 126 zu schließen.

Bezugszeichenliste

[0065] 

100

elektrisch beheizbare Reinigungseinheit

102

Grundkörper

103

Wabenstruktur

104

Umfangsfläche

106

Elektrode

108

Elektrode

110

stromeingangsseitige Stirnfläche

112

stromausgangseitige Stirnfläche

114

Schicht

116

Kontaktelement

118

Verbindungsstruktur

120

Kontaktfixierung

121

Kontaktfixierung

122

Lotpunkte

124

Drahtgestrick

126

Gehäuse

128

Lagermatte

129

Lagermatte

130

Strömungsrichtung

132

Stützring

134

Anschlusskontaktierung

136

Halteblech

138

Aussparung

140

Hülse

142

Grundkörperbohrung

144

Pin

146

Buchse

148

Hutblech

A

Symmetrieachse

E

Schnittebene

Ansprüche

1. Elektrisch beheizbare Einheit (100) zum Einsatz in einem Gasstrom, insbesondere für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend:

einen von dem Gasstrom durchströmbaren und elektrisch leitfähigen Grundkörper (102), insbesondere ein Katalysatorsubstrat, mit einer stromeingangsseitigen Stirnfläche (110), mit einer stromausgangseitigen Stirnfläche (112) und mit einer zwischen den Stirnflächen (110, 112) angeordneten Umfangsfläche (104);

eine Heizeinrichtung mit zumindest einer ersten Elektrode (106) und mit zumindest einer zweiten Elektrode (108), wobei zumindest eine der Elektroden (106, 108), insbesondere beide Elektroden (106, 108), umfasst:

eine elektrisch leitfähige Schicht (114), die an einer Außenfläche des Grundkörpers (102) angeordnet oder auf diese aufgebracht ist und die mit dem Grundkörper (102) elektrisch leitend verbunden ist;

ein von der elektrisch leitfähigen Schicht (114) beabstandet angeordnetes elektrisch leitfähiges Kontaktelement (116); und

eine elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur (118), die zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht (114) und dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement (116) angeordnet ist und sowohl die elektrisch leitfähige Schicht (114) als auch das elektrisch leitfähige Kontaktelement (116) kontaktiert.

2. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend:

zumindest eine erste Kontaktfixierung (120), die zumindest eine erste Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht (114) und der Verbindungsstruktur (118) fixiert; und

zumindest eine zweite Kontaktfixierung (121), die zumindest eine zweite Kontaktierung der Verbindungsstruktur (118) und dem Kontaktelement (116) fixiert,

insbesondere wobei die erste Kontaktfixierung (120) und/oder die zweite Kontaktfixierung (121) zumindest abschnittsweise als Lotschicht ausgebildet sind und/oder Lotpunkte (122) umfassen.

3. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die elektrisch leitfähige Schicht (114) eine Schichtdicke zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 30 µm und 80 µm, bevorzugt zwischen 40 µm und 60 µm, beispielsweise 50 µm +/- 5 µm aufweist.

4. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei sich die elektrisch leitfähige Schicht (114) im Wesentlichen über eine gesamte axiale Länge in axialer Richtung des Grundkörpers (102) erstreckt.

5. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei zwei oder mehr erste Elektroden (106) und/oder zwei oder mehr zweite Elektroden (108) vorgesehen sind.

6. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine erste Elektrode (106) an einer Umfangsfläche (104) des Grundkörpers (102) angeordnet ist, insbesondere wobei die zumindest eine erste Elektrode (106) in Umfangsrichtung geschlossen ist, und/oder wobei zumindest eine zweite Elektrode (108) an der Umfangsfläche (104) des Grundkörpers (102) angeordnet ist, insbesondere wobei die zumindest eine zweite Elektrode (108) in Umfangsrichtung geschlossen ist.

7. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine erste Elektrode (106) an einer Stirnfläche (110, 112) des Grundkörpers (102) angeordnet ist und/oder wobei zumindest eine zweite Elektrode (108) an einer Stirnfläche (110, 112) des Grundkörpers (102) angeordnet ist.

8. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das elektrisch leitfähige Kontaktelement (116) ein Blechbauteil ist, das zumindest abschnittsweise gekrümmt oder eben ausgestaltet ist und/oder wobei das elektrisch leitfähige Kontaktelement (116) aus einem temperaturstabilen und/oder korrosionsbeständigen Material, insbesondere aus Edelstahl, gefertigt ist.

9. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur (118) eine unregelmäßige Struktur aufweist, insbesondere wobei die Verbindungsstruktur (118) ein Drahtgestrick (124) umfasst.

10. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei die elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur (118) eine regelmäßige Struktur aufweist, insbesondere wobei die Struktur eine Mehrzahl von diskreten Verbindungselementen, die bevorzugt in radialer Richtung vorgespannt sind aufweist.

11. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend:
eine Hülse (140) mit einem Innengewinde, wobei die Hülse (140) mit dem Kontaktelement (116) elektrisch leitfähig verbunden ist und sich in Richtung des Grundkörpers (102) erstreckt,
insbesondere wobei ein Ende der Hülse (140) im Wesentlichen bündig mit dem Kontakt-element (116) abschließt und/oder insbesondere wobei sich ein Ende der Hülse (140) in eine Grundkörperbohrung (142) des Grundkörpers (102) erstreckt, wobei die Grundkörperbohrung (142) einen größeren Durchmesser aufweist als ein Durchmesser der Hülse (140).

12. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner umfassend:
einen Pin (144), der mit dem Kontaktelement (116) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei der Pin (144) sich in Richtung von dem Grundkörper (102) weg erstreckt.

13. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die elektrisch beheizbare Einheit (100) in einem Gehäuse (126) geklemmt ist.

14. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach Anspruch 13,
wobei zumindest eine Lagermatte (128, 129) zwischen dem Gehäuse (126) und dem Grundkörper (102), insbesondere zwischen dem Gehäuse (126) und dem Kontaktelement (116), angeordnet ist und/oder wobei zwei oder mehr Lagermatten (128, 129) zwischen dem Gehäuse (126) und dem und dem Grundkörper (102) angeordnet sind, wobei zumindest eine Lagermatte (129) zwischen dem Gehäuse (126) und dem Kontaktelement (116) angeordnet ist.

15. Abgasanlage, die eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer elektrisch beheizbaren Einheit (100) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.

Amended claims

Geänderte Patentansprüche gemäss Regel 137(2) EPÜ.

1. Elektrisch beheizbare Einheit (100) zum Einsatz in einem Gasstrom, insbesondere für eine Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine, umfassend:

einen von dem Gasstrom durchströmbaren und elektrisch leitfähigen Grundkörper (102), insbesondere ein Katalysatorsubstrat, mit einer stromeingangsseitigen Stirnfläche (110), mit einer stromausgangseitigen Stirnfläche (112) und mit einer zwischen den Stirnflächen (110, 112) angeordneten Umfangsfläche (104);

eine Heizeinrichtung mit zumindest einer ersten Elektrode (106) und mit zumindest einer zweiten Elektrode (108), wobei zumindest eine der Elektroden (106, 108), insbesondere beide Elektroden (106, 108), umfasst:

eine elektrisch leitfähige Schicht (114), die an einer Außenfläche des Grundkörpers (102) angeordnet oder auf diese aufgebracht ist und die mit dem Grundkörper (102) elektrisch leitend verbunden ist;

ein von der elektrisch leitfähigen Schicht (114) beabstandet angeordnetes elektrisch leitfähiges Kontaktelement (116), das zur Kontaktaufnahme einer elektrisch leitenden Verbindung zu einer Steuereinheit ausgebildet ist; und

eine elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur (118), die zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht (114) und dem elektrisch leitfähigen Kontaktelement (116) angeordnet ist und sowohl die elektrisch leitfähige Schicht (114) als auch das elektrisch leitfähige Kontaktelement (116) kontaktiert

dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur (118) eine unregelmäßige Struktur aufweist, wobei die Verbindungsstruktur (118) ein Drahtgestrick (124) umfasst.

2. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend:

zumindest eine erste Kontaktfixierung (120), die zumindest eine erste Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht (114) und der Verbindungsstruktur (118) fixiert; und

zumindest eine zweite Kontaktfixierung (121), die zumindest eine zweite Kontaktierung der Verbindungsstruktur (118) und dem Kontaktelement (116) fixiert,

insbesondere wobei die erste Kontaktfixierung (120) und/oder die zweite Kontaktfixierung (121) zumindest abschnittsweise als Lotschicht ausgebildet sind und/oder Lotpunkte (122) umfassen.

3. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die elektrisch leitfähige Schicht (114) eine Schichtdicke zwischen 10 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 30 µm und 80 µm, bevorzugt zwischen 40 µm und 60 µm, beispielsweise 50 µm +/- 5 µm aufweist.

4. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei sich die elektrisch leitfähige Schicht (114) im Wesentlichen über eine gesamte axiale Länge in axialer Richtung des Grundkörpers (102) erstreckt.

5. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei zwei oder mehr erste Elektroden (106) und/oder zwei oder mehr zweite Elektroden (108) vorgesehen sind.

6. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine erste Elektrode (106) an einer Umfangsfläche (104) des Grundkörpers (102) angeordnet ist, insbesondere wobei die zumindest eine erste Elektrode (106) in Umfangsrichtung geschlossen ist, und/oder wobei zumindest eine zweite Elektrode (108) an der Umfangsfläche (104) des Grundkörpers (102) angeordnet ist, insbesondere wobei die zumindest eine zweite Elektrode (108) in Umfangsrichtung geschlossen ist.

7. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei zumindest eine erste Elektrode (106) an einer Stirnfläche (110, 112) des Grundkörpers (102) angeordnet ist und/oder wobei zumindest eine zweite Elektrode (108) an einer Stirnfläche (110, 112) des Grundkörpers (102) angeordnet ist.

8. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das elektrisch leitfähige Kontaktelement (116) ein Blechbauteil ist, das zumindest abschnittsweise gekrümmt oder eben ausgestaltet ist und/oder wobei das elektrisch leitfähige Kontaktelement (116) aus einem temperaturstabilen und/oder korrosionsbeständigen Material, insbesondere aus Edelstahl, gefertigt ist.

9. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die elektrisch leitfähige, flexible Verbindungsstruktur (118) eine regelmäßige Struktur aufweist, insbesondere wobei die Struktur eine Mehrzahl von diskreten Verbindungselementen, die bevorzugt in radialer Richtung vorgespannt sind aufweist.

10. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend:
eine Hülse (140) mit einem Innengewinde, wobei die Hülse (140) mit dem Kontaktelement (116) elektrisch leitfähig verbunden ist und sich in Richtung des Grundkörpers (102) erstreckt,
insbesondere wobei ein Ende der Hülse (140) im Wesentlichen bündig mit dem Kontaktelement (116) abschließt und/oder insbesondere wobei sich ein Ende der Hülse (140) in eine Grundkörperbohrung (142) des Grundkörpers (102) erstreckt, wobei die Grundkörperbohrung (142) einen größeren Durchmesser aufweist als ein Durchmesser der Hülse (140).

11. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend:
einen Pin (144), der mit dem Kontaktelement (116) elektrisch leitfähig verbunden ist, wobei der Pin (144) sich in Richtung von dem Grundkörper (102) weg erstreckt.

12. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die elektrisch beheizbare Einheit (100) in einem Gehäuse (126) geklemmt ist.

13. Elektrisch beheizbare Einheit (100) nach Anspruch 12,
wobei zumindest eine Lagermatte (128, 129) zwischen dem Gehäuse (126) und dem Grundkörper (102), insbesondere zwischen dem Gehäuse (126) und dem Kontaktelement (116), angeordnet ist und/oder wobei zwei oder mehr Lagermatten (128, 129) zwischen dem Gehäuse (126) und dem Grundkörper (102) angeordnet sind, wobei zumindest eine Lagermatte (129) zwischen dem Gehäuse (126) und dem Kontaktelement (116) angeordnet ist.

14. Abgasanlage, die eine Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer elektrisch beheizbaren Einheit (100) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.

Zeichnung