本發(fā)明涉及一種具有電加熱裝置的蜂窩體布置結構。這種蜂窩體布置結構尤其是安裝在機動車的廢氣后處理設備中，尤其以便在那里實現(xiàn)有針對性的溫度管理。

背景技術：

為了限制尤其是機動車中的內(nèi)燃機的有害物質(zhì)排放，長期以來使用催化轉(zhuǎn)換器和/或顆粒過濾器或類似裝置來凈化廢氣。為了以催化的方式輔助地轉(zhuǎn)換有害物質(zhì)，廢氣和/或催化轉(zhuǎn)換器或顆粒過濾器必須具有預先給定的最低溫度。特別地，在內(nèi)燃機冷啟動或重新啟動之后通常還未達到這種最低溫度。因此嘗試，通過電運行的加熱元件來提高廢氣和/或催化轉(zhuǎn)換器或顆粒過濾器的溫度。

從而例如由ep-bl-0783621獲悉一種可電加熱的催化器，所述催化器構造有兩個蜂窩體。第一蜂窩體在此連接到電源上并且可以用電流流經(jīng)。然后由于歐姆電阻加熱，顯著地加熱了第一蜂窩體的板膜，其中第一蜂窩體的與之處于接觸中的催化涂層和/或流經(jīng)第一蜂窩體的廢氣被加熱。出于穩(wěn)定性原因此外規(guī)定，所述第一蜂窩體借助銷釘和保持元件被支承到隨后布置的第二蜂窩體上?？呻娂訜岬拇呋鞯倪@種設計方案已經(jīng)非常成功，然而在制造時還總是需要相對較高的費用。

此外由wo-al-2013064373已知一種廢氣后處理設備，其中設置了蜂窩體，在其出口側設置用于加熱元件的接納部。所述加熱元件尤其通過電導體形成，所述電導體被絕緣體包圍。所述加熱元件構成在接納部中并且與蜂窩體的至少一個板層連接，從而使得所述加熱元件不可遺失地被固定在蜂窩體中。廢氣處理設備的這種設計方案引起：可以簡單地制造所述廢氣處理設備并且可對其進行電加熱。在此，可以在廢氣后處理設備的制造過程期間集成加熱元件，但是也可以在制造蜂窩體之后將所述加熱元件集成于其中。然而這種方案導致了，需要有針對性地加工蜂窩體的板層，并且廢氣只有在從蜂窩體排出前不久才通過與加熱元件的接觸而被加熱。

在機動車中通常僅在確定的時刻才提供預先給定的能量或電壓。于是，之前這種電加熱元件可以多次地僅利用12伏或最大24伏的電壓來運行。然而現(xiàn)在存在下述可能性，車載電網(wǎng)可以提供直至48伏的電壓。為了在此實現(xiàn)足夠的歐姆電阻加熱，電加熱元件必須形成相對較高的電阻。在此，加熱元件的一些設計方案是優(yōu)選的，這些設計方案提供了在0.5至5歐姆范圍內(nèi)的電阻。具有48伏的車載電網(wǎng)或能量系統(tǒng)的應用或者說使用對電加熱元件的設計及其集成到廢氣后處理設備中提出了新的挑戰(zhàn)。上述情況一方面涉及這種電加熱元件的運行或這種電加熱元件在廢氣后處理設備中的布置，而且還涉及相應的蜂窩體布置結構的制造，所述蜂窩體布置結構在成本和安裝方面應簡單地設計。

與以高電壓（例如24伏或尤其是在48v的情況下）來使用加熱元件相關地，被證明有問題的是腐蝕。于是，例如已經(jīng)查明，用于熱導體的材料（例如可電加熱的蜂窩體的金屬膜）的腐蝕損害隨著電壓的升高而增大。于是，可以獲知，一排材料的這種腐蝕損害在利用48伏電網(wǎng)運行時相對于傳統(tǒng)的12伏電網(wǎng)以顯著的因數(shù)f升高，其中f為至少3、至少5或者甚至至少8（在腐蝕環(huán)境中、即在nacl潤濕時獲知）。因此在這種環(huán)境中在持久地運行這種加熱元件方面存在顯著的調(diào)整需求。

技術實現(xiàn)要素：

基于上述情況本發(fā)明的任務在于，至少部分地解決關于現(xiàn)有技術所描述的問題。特別地，應說明一種蜂窩體布置結構，利用該蜂窩體布置結構一方面能夠關于廢氣后處理設備實現(xiàn)有針對性的溫度管理，但是所述蜂窩體布置結構同時還特別有效地且在48伏車載電網(wǎng)的范圍內(nèi)工作。此外，蜂窩體布置結構應當在廢氣后處理設備中的最為不同的環(huán)境條件下實現(xiàn)受控的電流或者希望的溫度曲線，尤其是在考慮熱膨脹性能的情況下基于廢氣后處理設備中的溫度波動和/或壓力脈沖實現(xiàn)所述受控的電流或者希望的溫度曲線。進一步地，焦點在于提出一種蜂窩體布置結構，所述蜂窩體布置結構能實現(xiàn)相對簡單的安裝。此外，所述蜂窩體布置結構應在下述情況下形成相對較小的壓力損失：具有電加熱裝置的這種蜂窩體布置結構被廢氣流流經(jīng)。此外值得期待的是，電加熱的作用范圍不僅能傳遞到廢氣流上，而且還能傳遞到具有催化活性涂層的蜂窩體上。

所述任務通過根據(jù)專利權利要求1的特征的、具有電加熱裝置的蜂窩體布置結構來解決。本發(fā)明的其他有利的設計方案在從屬的專利權利要求中給出。要指出，在專利權利要求中單獨列舉的特征能以任意的、在技術上有意義的方式彼此組合，并且闡明了本發(fā)明的其他設計方案。說明書、尤其還與附圖相關地說明了這些特征并且給出了其他組合可能性，這些組合可能性同樣是本發(fā)明的實施變型方案。

就在此提出的具有電加熱裝置的蜂窩體布置結構而言規(guī)定，所述電加熱裝置包括至少一個電絕緣的、具有導線直徑（drahtdurchmesser）的加熱絲。所述加熱絲借助銷釘布置結構以導線直徑的至少五倍且最大十五倍的距離固定在蜂窩體的端面上。

關于電加熱裝置要說明，所述加熱裝置尤其如此設計和設置，使得該加熱裝置能利用48伏電網(wǎng)來運行。所述加熱裝置可以包括一個或多個加熱絲，所述加熱絲可以彼此電串聯(lián)和/或并聯(lián)。至少一個加熱絲尤其具有能導電的導線芯，所述導線芯一方面與電源接觸并且另一方面電氣接地。此外，所述導線芯向外（完全）電絕緣，從而尤其不允許朝向不同于下述部件的區(qū)域的直接的電接觸：連接電極、尤其是蜂窩體布置結構的鄰接的殼體、銷釘布置結構和/或蜂窩體。為導線芯提供了包括鎳和鉻的材料。包圍導線芯的導線絕緣部例如可以由粉末狀的、高度壓縮的氧化礦物（mineraloxid）、例如氧化鋁或氧化鎂形成。因此加熱絲優(yōu)選根據(jù)所謂的同軸電纜的類型來構造，具有位于內(nèi)部的能導電的導線芯和在外部包圍的導線絕緣部。所述導線絕緣部剛好還用于明顯降低開篇所描述的腐蝕損害。此外可以有幫助的是，所述加熱絲附加地設計有導線外罩，所述導線外罩又由金屬構成。加熱絲的這種設計方案引起了，由于歐姆電阻加熱而在導線芯中形成的熱量能快速且全面地排到金屬的導線外罩上，其中基于在那里通過直接接觸廢氣和/或銷釘布置結構，可以有效地實現(xiàn)熱傳導。在蜂窩體布置結構的應用領域方面，優(yōu)選耐高溫的且抗腐蝕的導線外罩，例如鋼（如inconel?600）。

所述導線芯在多種應用中都具有在長度上均勻地構成的導線芯橫截面。然而，所述導線芯橫截面在長度上可以改變、例如縮小，以便在預先確定的區(qū)段中實現(xiàn)預先確定的提高的加熱功率。

所述加熱絲還具有（由外壁定義的）導線直徑，利用該導線直徑基本上可以表征加熱絲本身的空間大小。

深入的研究已經(jīng)證明，這種電絕緣的加熱絲在蜂窩體上游的使用恰好與48伏電網(wǎng)相關地在下述情況下實現(xiàn)了對于有針對性地進行溫度管理來說非常好的可能性：相應的加熱裝置與蜂窩體間隔開地定位，其中然后在預先給定的或已知的或設定的最低溫度的情況下實現(xiàn)了有害物質(zhì)的（催化的）轉(zhuǎn)換。而且在上面所列舉的其他目標方面也已經(jīng)查明，所述電加熱裝置后來能借助銷釘布置結構以（平均的）導線直徑的至少五倍且最大十五倍的預先定義的距離定位在蜂窩體的端面上。換句話說這意味著，廢氣首先流經(jīng)具有至少一個電絕緣的加熱絲的電加熱裝置并且然后（僅）沿著銷釘布置結構進一步運動，此后最終進入到蜂窩體中。尤其已經(jīng)查明，在低于在此提出的導線直徑的五倍的距離時出現(xiàn)了廢氣在蜂窩體的端面上的不利的入流情況。此外，積聚在那里的碳黑跳線（ru?brücken）可能被燒盡并且長期地導致對蜂窩體布置結構的損害。如果以超過導線直徑的五倍的方式擴大所述距離，則蜂窩體布置結構可能易于發(fā)生不希望的振動和/或抖動，由此同樣對蜂窩體布置結構的疲勞強度有害。此外，在此給出的、導線直徑的五倍直至十五倍的距離的范圍允許由于在廢氣后處理設備中的變化的環(huán)境條件而在加熱裝置和蜂窩體之間有足夠的相對運動。十分特別且優(yōu)選的是，所述距離在導線直徑的八倍至十三倍的范圍中進行選擇。

所述銷釘布置結構尤其包括多個單獨的銷釘，所述銷釘以預先給定的距離固定至少一個電絕緣的加熱絲并且此外本身（僅還）與后置的蜂窩體接觸或者固定在那里。此外，所述銷釘布置結構尤其是如此設計，使得所述銷釘布置結構能實現(xiàn)從加熱裝置或加熱絲朝向蜂窩體的熱傳導。因此，所述銷釘布置結構或銷釘至少部分地用導熱的材料填滿，尤其是在銷釘布置結構與加熱絲的接觸區(qū)域中用導熱的材料填滿。

特別優(yōu)選的是，所述電加熱裝置包括一個單個的加熱絲，所述加熱絲如此布置，使得所述加熱絲形成了加熱盤（heizscheibe），所述加熱盤以相對于蜂窩體的端面相同的距離被固定。在這種情況下，所述單個的加熱絲可以曲折狀地、螺旋狀地或類似形狀地并且/或者基本上在一平面中優(yōu)選均勻分布地布置。在此，所述單個的加熱絲覆蓋緊接著的蜂窩體的端面的部分區(qū)域和/或全部并且因此形成了盤的樣式?？梢悦鞔_的是，優(yōu)選如此敷設所述加熱絲，使得在加熱絲環(huán)（heizdrahtschleifen）之間還存在足夠的間隔，廢氣可以穿過所述加熱絲環(huán)。優(yōu)選的是，關于蜂窩體端面的所希望的被覆蓋的面積在20%和60%之間通過電加熱絲來覆蓋。可以在考慮蜂窩體布置結構的最大允許的或所希望的壓力降的情況下來選擇所述間隔或覆蓋度，上述情況對于本領域技術人員來說不成問題。即使所述加熱盤原則上可以傾斜于蜂窩體的端面來固定，從而上面所提到的距離在任何情況下也都在狹窄位置處實現(xiàn)，那么仍然優(yōu)選的是，實現(xiàn)加熱盤關于蜂窩體的端面基本上平行的布置。如果例如蜂窩體的端面也傾斜于廢氣的流動方向定位，則同樣優(yōu)選的是，所述加熱盤同樣傾斜于廢氣的流動方向以保持不變的距離在整個端面上取向。原則上，多個加熱盤——它們分別由單個的加熱絲形成——也可以沿廢氣的流動方向前后相繼地布置并且利用（尤其是單個的）銷釘布置結構以分別相對于蜂窩體的端面保持不變的距離被固定。

此外提出了，所述銷釘布置結構包括多個單獨的銷釘，所述銷釘延伸到從蜂窩體的端面開始的空腔中并且被固定在那里。十分特別優(yōu)選的是，所述銷釘布置結構僅由多個單獨的銷釘形成。在此使用的術語“銷釘”可以廣義地解釋并且基本上應表達為：存在長形的元件，所述長形的元件跨過開篇所提到的距離并且與此相應地具有對置的端部區(qū)域，所述端部區(qū)域一方面能與加熱絲共同作用并且另一方面能與蜂窩體的空心腔共同作用。銷釘?shù)亩瞬繀^(qū)域的具體設計方案可以針對應用情況而構成，例如以柱形、錐形來構成；構成有鉤、孔眼、止擋部、倒角（fase）等。原則上不需要，每個銷釘都進入到蜂窩體的空腔中。例如在蜂窩體設計成具有相互間封閉的通道（塞子）的顆粒過濾器時，銷釘?shù)囊徊糠挚梢匝由斓剿鐾ǖ乐?，并且另一部分延伸到塞子?或通道壁中。所述空腔例如也可以根據(jù)連貫的和/或隨后封閉的通道、折疊部、凹部等的類型來形成。將銷釘固定在空心腔中尤其借助材料鎖合（材料-材料-連接）、尤其是通過硬焊連接、燒結連接、擴散連接、焊接連接或類似連接來實現(xiàn)。銷釘?shù)臄?shù)量又可以在考慮加熱裝置、蜂窩體和/或廢氣后處理設備的具體設計方案的情況下來選擇。銷釘?shù)臄?shù)量通常至少為十、尤其是至少為二十或至少為三十。

十分特別優(yōu)選的是，銷釘布置結構是金屬的。上述情況一方面可以是指，所述銷釘布置結構具有金屬的部分區(qū)域，然而優(yōu)選的是，所述銷釘布置結構（或單獨的銷釘）完全（僅）由金屬制成。銷釘布置結構的金屬的設計方案尤其能實現(xiàn)從電加熱裝置或加熱絲朝向蜂窩體和/或在其上順著流動的廢氣的有效的熱傳導。這尤其在下述情況下適用：所述加熱絲設計有金屬的導線外罩。這種設計方案恰好也是優(yōu)選的，因為從而能在導線外罩和銷釘布置結構或銷釘之間又優(yōu)選借助材料鎖合（材料-材料-連接）實現(xiàn)簡單的連接。而且在這種情況下可以關于銷釘布置結構而選擇金屬，這種金屬持久地承受高溫和在廢氣后處理設備中的腐蝕的環(huán)境。

此外下述情況被認為是有利的，至少一個加熱絲具有橢圓形的導線橫截面。在加熱絲的這種設計方案中，在廢氣流入加熱絲時，根據(jù)廢氣是流動到橢圓形的導線橫截面的較大的導線直徑上或還是較小的導線直徑上產(chǎn)生了不同的流動阻力。就此而言特別優(yōu)選的是，所述加熱絲如此布置在蜂窩體布置結構中，從而產(chǎn)生盡可能小的流動阻力，即橢圓形的導線橫截面以其最小的導線直徑阻礙流動。以這種方式，可以提供同時相對較大面積的導線橫截面用于產(chǎn)生所希望的電阻，而不會過度地阻礙流經(jīng)加熱裝置或蜂窩體布置結構。十分特別優(yōu)選的是，橢圓形的導線橫截面的最大直徑與最小直徑的比例為5：1或者更大。在形狀說明方面——在此存在“橢圓形的”導線橫截面，尤其考慮制造這種加熱絲。在此給出的直徑比例當然可以同樣利用其他導線橫截面形狀、例如矩形形狀等來實現(xiàn)。

進一步地，蜂窩體布置結構被視為是有利的，其中所述銷釘布置結構具有多個銷釘通道，至少一個加熱絲被引導穿過所述銷釘通道。在這種情況下，尤其是銷釘?shù)闹辽僖徊糠只蛏踔寥浚ɡ绺鶕?jù)孔眼、套環(huán)、鉆孔等的類型）構成有銷釘通道，從而所述加熱絲可以在那里被引導穿過。此外優(yōu)選的是，不僅僅將加熱絲純粹地引導到銷釘通道中，而且在那里同時在銷釘布置結構和加熱絲之間實現(xiàn)了持久的連接。

電加熱裝置原則上可以具有兩個對置的電極。這種情況提供了下述優(yōu)點，對置的電極同樣有助于電加熱裝置或加熱絲的穩(wěn)定布置。此外可以產(chǎn)生定向的通過電流。

針對蜂窩體布置結構可以設置共同的殼體，在該殼體中布置電加熱裝置和蜂窩體。尤其可以通過共同的殼體和必要時固定在其上的（對置的）電極實現(xiàn)具有這種電加熱裝置的、穩(wěn)定的且受保護的蜂窩體布置結構。銷釘布置結構尤其還用于，禁止將電流朝向殼體進行引導。

原則上，還可以設置多個加熱裝置，所述加熱裝置具有能單獨調(diào)節(jié)的供電單元。所述多個加熱裝置例如可以分別跨過蜂窩體的端面的一部分并且/或者形成了貫穿的加熱環(huán)，所述加熱環(huán)分別在蜂窩體的整個端面上延伸。在此，所述加熱裝置例如可以利用不同的加熱絲構成和/或利用不同的電壓或電流（同時地和/或在時間上依次地）來運行。從而尤其是加熱裝置的不同的熱功率可以通過簡單地接通或斷開加熱裝置來實現(xiàn)。

本發(fā)明尤其應用在機動車中，所述機動車具有：廢氣后處理設備；供電單元；根據(jù)在此提出的構造方式的、帶有電加熱裝置的蜂窩體布置結構；以及控制單元，其中所述控制單元與供電單元和蜂窩體布置結構連接。所述控制單元尤其被設置用于，根據(jù)需要使電加熱裝置與供電單元接觸，從而能實現(xiàn)有針對性地流經(jīng)電加熱裝置的電流，以便在廢氣后處理設備（廢氣和/或蜂窩體和/或后置的廢氣后處理單元、如催化轉(zhuǎn)換器、顆粒過濾器、吸收器等）中實現(xiàn)確定的溫度條件。在此同樣規(guī)定，至少在蜂窩體布置結構中集成的蜂窩體具有催化活性涂層（例如氧化催化器）。

所述蜂窩體優(yōu)選利用至少一個金屬的、尤其是至少部分結構化的層形成。所述金屬層尤其可以設計成板層（例如設計成薄膜、必要時設計具有微觀結構、導翼、開口、隙部、阱結構（wellstruktur）等），設計成無紡織物（例如設計具有長絲（drahtfilamenten）的混亂布置結構）和/或設計成金屬網(wǎng)（gitter）或織物（例如同樣由導線（dr?hten）制成）。所述金屬在此耐高溫且抗腐蝕并且因此適合于持久地經(jīng)受在廢氣后處理設備中的條件。

在此尤其是規(guī)定，所述供電單元是48伏電網(wǎng)的組成部分并且可以相應地提供電流。

附圖說明

隨后借助附圖詳細闡述本發(fā)明以及技術領域。要指出，在附圖中示出了特別優(yōu)選的實施變型方案，然而所述實施變型方案不應限制在這里所描述的發(fā)明。其中示意性地示出了：

圖1示出了蜂窩體布置結構的透視圖，

圖2透視地示出了加熱絲的實施變型方案，

圖3詳細地示出了銷釘布置結構的設計方案，和

圖4示出了具有廢氣后處理設備的機動車。

具體實施方式

在附圖中，相同的構件通常設有相同的附圖標記。但是要指出，所述構件的分別示出的結構形狀或其彼此在附圖中的相互作用不必強制性地配套地理解。相反，一個附圖中的構件和/或功能可以與至少另一個附圖中的構件和/或功能組合。同樣，從附圖中也可以獲取并且單獨考慮部分方面或各個構件。僅僅倘若在此在接下來作出了明確表達，一些其他情況才應當適用。

圖1示出了具有在外部勾畫出的殼體16的蜂窩體布置結構1，所述殼體通常還朝向外部限定對于廢氣而言可流經(jīng)的管路26。在右側（或者說在下游），示出了蜂窩體7的端面6。通常，廢氣經(jīng)由所述端面6進入到蜂窩體7中。蜂窩體7可以利用至少一個至少部分地結構化的金屬層、金屬的無紡織物、織物、網(wǎng)格和/或由經(jīng)擠壓的材料來提供。電加熱裝置2借助銷釘布置結構5以預先給定的距離8被定位并且被支承到端面6上。在此示出的加熱裝置2根據(jù)加熱盤10的類型以保持不變的距離8構造到蜂窩體7的整個端面6的上面。在這里所示出的情況下，加熱裝置2配備有一個單個的加熱絲3，所述加熱絲曲折狀地（完全）跨過蜂窩體7的端面6。在此對置地設置兩個電極15，所述電極可以輸入和輸出（電絕緣地）通過殼體16的電流。通過所述電極15，加熱絲3例如與在此未示出的供電單元連接或電氣接地。

圖2示出了加熱絲3的優(yōu)選的變型方案，所述加熱絲根據(jù)同軸電纜的類型構成。在此，在中心或在中央設置導電的導線芯22，所述導線芯形成導線芯橫截面28。以同軸地根據(jù)空心柱體的類型包圍所述導線芯22的方式設置了導線絕緣部9。又同軸于此且完全包圍地設置了金屬的導線外罩23。這種結構優(yōu)選完全在加熱裝置的兩個電極之間實現(xiàn)。同樣從圖2獲悉，（外部的）導線橫截面橢圓形地構成并且就此而言形成了最大和最小的導線直徑4。

圖3示出了銷釘布置結構5的實施變型方案的細節(jié)，其中在此示例性地示出了兩個不同的銷釘11，然而上述情況對于銷釘布置結構5而言并非強制性需要的。所述銷釘11利用在此在下方示出的端部區(qū)域如此定位，使得所述銷釘固定到蜂窩體7中、即插入到由端面6開始的空腔12中。為了這個目的，尤其是連接部24比如使用硬焊材料，尤其是當銷釘11和蜂窩體7在所述區(qū)域中由金屬構成時。為了從現(xiàn)在起使得在此示出的加熱絲3以預先給定的距離8持久地相對于蜂窩體7的端面6固定，銷釘11具有銷釘通道14，在所述銷釘通道14中引導或者說保持加熱絲3。在銷釘11的左側的結構（auspr?gung）中，根據(jù)（封閉的）孔眼的類型來設置銷釘通道14，而在右側示出的銷釘11根據(jù)鉤或環(huán)（schleife）的類型形成銷釘通道14，在其中容納了加熱絲3。加熱絲3相對于銷釘11的固定還可以通過單獨的夾緊元件27（在此例如根據(jù)緊固螺釘?shù)念愋停崿F(xiàn)。然而，在（金屬的）銷釘11和（外部的金屬的）加熱絲3之間的材料鎖合的連接可能是優(yōu)選的。

僅僅為了完整性起見而要指出，在此未示出蜂窩體7的完整的延長結構，而是僅示出了在端面6附近的部分區(qū)域。所述空腔12在此尤其通過板層21形成，例如根據(jù)結構化的和/或平滑的板膜的類型形成。

為了說明應用領域，在圖4中還示出了機動車18，所述機動車18包括內(nèi)燃機25和后置的廢氣后處理設備19。在所述廢氣后處理設備19中集成了在此提出的蜂窩體布置結構1，該蜂窩體布置結構1具有多個電加熱裝置2，其中所述加熱裝置2又支承到后置的蜂窩體7上。所述機動車18此外具有控制單元20，利用所述控制單元20必要時能夠基于內(nèi)燃機25的測量值和/或運行方式根據(jù)需要將電流從供電單元17輸送給多個電加熱裝置2。

具有電加熱裝置2的蜂窩體布置結構的在此提出的方案尤其允許集成到機動車的48v車載電網(wǎng)中，據(jù)此利用至少一個加熱絲提供在0.5-5歐姆范圍內(nèi)的電阻。恰好在具有外部的金屬的導線外罩的、同軸地構成的加熱絲的情況下，所述銷釘布置結構可以直接焊接到加熱絲上，由此使得制造得以簡化。此外這個方案允許通過導熱向（涂層的）蜂窩體進行熱輸入，從而能實現(xiàn)快速的轉(zhuǎn)換啟動。因此，（由于相對高的電阻）尤其還可以設定特別小的加熱功率。