CN101349471B - 特别用于机动车的电加热设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的附加加热装置的电加热设备，具有：多个装配形成加热块(11)的加热元件(12)；控制装置(4)，用于控制加热元件(12)，其中，控制装置(4)与加热块(11)一起形成结构单元；以及具有接触元件和/或冷却器元件(18；37)，其在控制装置(4)和加热块(11)之间延伸。根据本发明，针对简单制造以及加热块(11)的良好的密封来开发上述电加热设备，关于控制装置(4)，其中，控制装置(4)保持在控制装置支撑部(20)处并在控制装置支撑部与容纳加热块(11)的加热块壳体(1)之间设置密封元件(41)，接触元件或冷却器元件(18；37)从其中伸出，并通过夹置在控制装置支撑部(20)和加热块壳体(1)之间对其进行密封。

Description

特别用于机动车的电加热设备
技术领域
本发明涉及一种用于加热空气的电加热设备，其特别适用于在机动车中用作附加电加热装置。
背景技术
在机动车中，特别是在具有消耗最优化的发动机的机动车中，电加热设备被用于加热成员舱和/或发动机。具体地，由于内燃机还不能提供足够的热能，因此在发动机启动之后，需要附加电加热装置。即使其消耗被最优化的内燃机也需要使用附加电加热装置。
然而，这种加热设备的使用不限于机动车的领域；它们还适用于多个其他领域，例如，生活用电设施(室内空气调节)、工业设备等领域。
EP-A1-1 395 098中了解了用于机动车的电加热设备。描述的加热设备包括几个加热元件，被装配为一个加热块。该加热块与用于控制加热元件的控制装置一起保持在一个公用框架中。因此，控制装置与保持在框架中的加热块一起形成了结构单元。控制装置包括具有多个电子开关的电力电子元件，多个电子开关中的每一个均设置有一个散热片。控制装置被这样设置，使得要被加热的气流的一部分相对于控制装置流动，特别是相对于冷却器元件流动，以冷却电子开关。
具体地，多个电子开关以用于控制提供给加热元件的电流的功率晶体管的形式直接安装在印刷电路板的一侧。为了排散由功率晶体管生成的热损失，冷却器元件被设置在印刷电路板的相对侧。这种直接接触功率晶体管的冷却器元件可以简单的方式排散大量功率晶体管的热损失。
在上述现有技术中，采用具有分别从基座上突出的多个冷却肋片或冷却指(finger)的U型散热片。肋片被设置在散热片的底侧，并且其可以插入到印刷电路板中，以接触功率晶体管。然而，本发明中的冷却器元件可以是适于通过热传导来排散来自功率晶体管的热量并且通过热传递将其有效地传导到在其周围流动的空气中的任何组件。为此，冷却器元件被暴露在要通过电加热设备加热的空气(即，在通向电加热设备的通道中流动的空气)中。然而，其不能包括在通道中收集湿气，该湿气由流入的空气直接引入或者从流入的空气中凝结。
发明内容
因此，本发明的目的在于进一步开发一种开始描述的类型的电加热设备，使得可以同样容易地制造，并且电加热设备的控制装置可以可靠地防止湿气侵入。
为了实现这一目的，本发明提出了具有权利要求1的特征的电加热设备。与普通现有技术的区别之处在于，控制装置被保持在控制装置支撑部处，以及密封元件被设置在控制装置支撑部与加热块壳体之间并且接触元件或冷却器元件穿过密封元件突出并且通过夹置在控制装置支撑部和容纳加热块壳体之间来对其进行密封。
在根据本发明的电加热设备中设置了结构单元，其中，控制装置支撑部连接到加热块壳体。用于为加热块提供电流的接触元件以 及用于对电子开关进行冷却的冷却器元件在控制装置支撑部和加热块壳体之间延伸。接触元件或冷却器元件分别突出到至少一个密封元件之外。设置紧密的密封元件，使得密封元件夹置在控制装置支撑部和加热块壳体之间。这允许首先无应力地安装密封元件并夹置各个密封元件，以在创建控制装置和加热块的结构单元之前(即，当控制装置支撑部连接到加热块壳体时)不实现密封接触。因此，可以简单地方式来制造根据本发明的电加热设备，而无需控制装置的可靠密封。
如果(一个或多个)冷却器元件分别被实现为肋片或片状固体，其被引导穿过印刷电路板，用于将其连接到电子开关(例如，功率晶体管)，并且其在电子开关的底侧相对处伸出到印刷电路板上，则因此可以特别简单且经济地制造根据本发明的电加热设备。在与密封元件的接触区域中，在(一个或多个)冷却器元件以及(一个或多个)接触元件处，可以提供不同于圆柱形的进而简单的形状的密封元件的密封或接触表面。这一实施例特别优选关于分别相对于接触元件或冷却器元件的内侧周边径向夹置密封元件。可选地，控制装置支撑部和/或加热块壳体可以分别包括围绕接触元件或冷却器元件的通道的用于密封元件的圆锥形容纳部。为了一方面在通道的内侧周边另一方面在接触元件或冷却器元件的外侧周边处生成密封元件的密封接触，密封元件优选地被分别轴向地(即，在冷却器元件或接触元件的纵向上)固定在加热块壳体和控制装置支撑部之间。当包含加热块壳体和控制装置支撑部的结构单元被完成时，接触元件或冷却器元件穿过其突出的密封元件在径向上通向密封接触的这些元件的纵向上进行压缩。
在上述类型的电加热设备中可以设置多个电子开关。此外，通常可以设置用于支撑单个加热元件的至少两个接触元件，这些接触元件在控制装置支撑部位于其上的前侧处突出到加热块壳体之外。为了尽可能简单地装配电加热设备，提供了根据本发明的进一步优选实施例，将多个密封元件彼此连接，以形成一个完整的密封单元。以这种方式，如果控制装置支撑部连接到加热块壳体，则在加热块壳体处的冷却器元件的密封元件也被设置到对应于冷却器元件位置处的预定位置。密封单元可以被制造为由耐热的热塑性弹性构成的注模部件。这种注模部件也可以被插入，例如，在喷射注塑中用于制造控制装置支撑部或加热块壳体或半个彼此相同的壳体的插入部。以这种方式，可以简化用于制造加热设备的连接步骤。
然而，如果密封单元被实现为独立安装的插入部，则优选地通过基座部段使密封元件彼此连接。为了增加紧密性，可以优选地以密封方式在加热块壳体与控制装置支撑部之间的通道边缘处夹置该基座部段。因此，除了通过密封元件自身实现的可能存在的径向密封之外，产生相同的以直角进行的密封。为了产生尽可能高的夹紧力，还进一步优选地在壳体的一侧上设置围绕着密封元件的容纳部的凸出颈圈(projecting collar)。对于尽可能简单的加热块壳体的实施例，这里优选地在控制装置支撑部处设置该凸出颈圈，该控制装置支撑部为此还包括用于密封元件的圆锥形容纳部。
为了改进密封，提供了根据本发明另一优选实施例的分别对于每个接触元件或冷却器元件实现的密封元件，其具有对应于这些接触或冷却器元件在纵向上一个接一个地布置的多个密封接触表面。优选地，存在彼此对应的锥状台阶布置，并且优选地通过一个接一个布置的密封垫圈预先确定。在稍后的优选实施例中，在接触元件或冷却器元件的纵向上间隔地设置各个密封垫圈，其中，使各个密封垫圈彼此连接的密封元件的材料优选地形成一种薄膜铰链，其允许各个单个密封垫圈彼此对应地在接触元件或冷却器元件的纵向上特定的移动。这分别改进了在接触元件或冷却器元件以及通道或圆锥形容纳部处的各个密封接触表面的密封接触。
为了在装配电加热设备期间精确固定密封元件或密封单元，提供了根据本发明的另一优选实施例的、在加热块壳体处覆盖在加热块壳体处形成的窗口的横杆(cross web)，该横杆形成了对于密封元件的基座部段的接触表面，从而首先改进了密封。因此，横杆基本上形成了对基座部段的基本平坦接触表面。然而，根据本发明的另一实施例，横杆还包括定中心容纳部，其中，容纳在基座部段处形成的中心凸出部。这些中心凸出部优选地位于与密封元件相对的基座部件的底侧。该底侧位于平台接触表面上，因此，由于定中心容纳部，实现了密封单元的精确定位，还有利于在进一步装配电加热设备期间插入接触元件或冷却器元件。因此，定中心容纳部优选地围绕在(多个)冷却器和/或接触元件的通道周围。
优选地，准备在控制装置和加热块之间的结构单元，使得加热块壳体被连接到包括控制装置支撑部的控制装置壳体。控制装置壳体具有壳体盖，其包括用于为加热设备供电并控制加热设备的至少一个接口。此外，控制装置壳体包围在具有基本以直角从其中突出的冷却器元件和电子开关的印刷电路板周围。控制装置壳体将对控制装置提供特别有效的特定机械保护。对于这种控制装置壳体，密封控制装置使其防水并不是绝对必要的。特别地，该控制装置壳体被用于电加热设备的电连接，以及可能用于固定控制装置或者整个加热设备。
然而，为了简单地制造该结构单元，优选地将容纳在控制装置壳体中并且彼此电连接的多个部分在接触或冷却器元件的纵向上彼此压紧。因此，壳体盖优选地包括接触架，电连接到至少一个接口以及印刷电路板，该接触架位于印刷电路板上，这意味着接触架基本上以直角延伸至印刷电路板的平面。印刷电路板还包括与接触元件相结合的弹性舌簧。该弹性舌簧电连接到印刷电路板的条形导线，按尺寸形成弹性舌簧，使得压住弹性舌簧的接触元件被安全地 电连接到印刷电路板。通常在接触元件被引入到在控制装置支撑部处凹陷的通道中时实现这种连接。坚固地安装在印刷电路板上的冷却器元件突出到通道之外，该通道中加热块壳体处(优选地，在横杆处)凹陷。在引入动作的最后，密封元件被夹置在控制装置支撑部与加热块壳体之间。
优选地，紧固如此准备的结构单元，使得利用加热块壳体来分别固定控制装置支撑部或控制装置壳体。
在从属权利要求中给出了本发明的其他有利的实施例。
附图说明
以下，将结合附图参照实施例来描述本发明。附图中：
图1示出了根据本发明的电加热设备的实施例的透视分解图；
图2示出了在已装配的情况下与图1相比的变更实施例的纵向剖面图；以及
图3示出了在加热块壳体与控制装置壳体之间的相界面处图2所示的纵向剖面的放大描述。
具体实施方式
图1中，基本上以根据本发明的电加热设备的实施例的侧视图的形式示出了透视分解图。作为主要元件，其包括加热块壳体1以及控制装置壳体2。密封单元3被设置在两个壳体1、2之间。控制装置壳体2围绕控制装置4。
加热块壳体1由两个相同的半框10a、10b组成，在这种情况下这两个半框被实现为注模部件，并且在其表面上实现了加强网格结构。在两个半框10a、10b的网格结构之间布置由多个分层的或叠置的加热元件12组成的加热块11。每个加热块都包括一个或多个电阻加热元件，在根据图1的图示中其被覆盖在加强网格的纵向支撑之后；以及散热器13，与其相连布置，在这种情况下通过以蜿蜒形式折叠的金属片形成该散热器。考虑到在优选地由所谓的PTC元件形成的电阻加热元件处的散热器13的良好的热传递和热传导，平坦金属片带被设置在PTC元件和加热元件12的散热器13之间。
加热元件12的加热块11被保持在由两个半框10a、10b形成的框10中。为此，框10包括长方形纵向柱14a、14b以及在其直角方向延伸的横向柱15a、15b。
在所示实施例中，在图1中的上部横向柱15a与加热块11之间具有凹进的窗口16。在窗口16附近分开的纵向网17围绕在金属片带的自由端周围，该金属片带布置在散热器13与延续到外部以形成接触杆18的电阻加热元件之间。在图1中，接触杆18突出到框10的上部边缘之外。
控制装置壳体2具有基本上两片式的设计，其具有包括控制装置支撑部20的下壳体部21，以及位于其上的壳盖22。下壳体部21具有基本上槽状的设计，并且其包括在其各个前侧用于将电加热设备装配到机动车的底盘的固定法兰23。下壳体部21的底部形成有控制装置支撑部20，该控制装置支撑部20指向控制装置壳体2的内侧的表面是完全平坦的。该控制装置支撑部20具有多个开槽的第一通道24a，其在控制装置支撑部20的纵向上与圆形通道24b一个接一个的交替布置。
在控制装置支撑部20的纵向和横向上朝向控制装置壳体2以逐渐变细的方式形成具有矩形横截面的第一通道24a。形成具有圆形横截面的第二通道24b，以使其在相同方向上逐渐变细。在相对于控制装置壳体的内部的控制装置支撑部20的底侧处设置有第一和第二颈圈25a、25b，其截面形状对应于通道24的形状。这些颈圈25a、25b形成为圆锥形容纳部26a、26b的内侧壁的主要部分。控制装置支撑部20通过向底侧开口的双面坡口27来作为边界，该双面坡口被实施使得在前侧上的加热块壳体1的边缘安装到双面坡口27内侧。
壳体盖22形成了塞式容纳部28，其中，容纳有电力控制接触部29。壳体盖22还包括两个供电接口30a、30b，它们通过形成供电塞式容纳部31a、31b的竖直的壁来进行彼此屏蔽。供电接口30b电连接到接触架32，该接触架32由导电金属片构成，在其相对于控制装置支撑部20的前侧包括几个接触部33。相似地，控制接触部32利用设置以使其覆盖在接触架32之后的另一控制接触架来进行彼此连接，该控制接触架也在其前侧实现有接触肋片。
控制装置4设置在下壳体部21与壳体盖22之间，并且包括印刷电路板34，在印刷电路板34的上侧以交替的方式在纵向上布置有彼此接触的四个双向动作的弹性舌簧35以及四个功率晶体管36。功率晶体管36连接到圆柱形冷却器元件37，其经过在印刷电路板34中凹陷的开口并从印刷电路板34的底侧伸出。圆柱形冷却器元件37与第二通道24b对准，并且容纳部26b与其对应地实现。
密封单元3由作为一片式组件的耐热弹性材料(在当前情况下，为EPOM)通过例如注射塑模或铸造来形成，并且其包括带状基座部段40。第一和第二密封元件41a、41b突出到指向控制装置壳体2的基座部段的上侧之外。与此相对应，基座部段40的底侧包括定中心凸出部42。每个密封元件41均包括在冷却器元件37或接触杆 18的纵向上一个接一个布置的两个第一和第二密封垫圈43a、43b。第一密封垫圈43a包括具有与其对应实现的凹陷部的矩形基座，第二密封垫圈43b包括相对实现的圆形基座形状。在基座部段40附近布置的下部密封垫圈43′具有比在其上布置的密封垫圈43″更大的尺寸。每个密封垫圈43均在其外侧圆周表面处形成有圆周密封接触表面44，其由于密封垫圈43a、43b的阶梯布置而导致由各个密封元件41a、41b形成的外部密封表面的圆锥形实现(参见图3)。各个密封垫圈43a、43b的内侧周长基本不变，使得由垫圈43a、43b形成的内部密封接触表面具有圆柱形延伸。
为了装配图中所示的实施例，首先例如，完成对具有容纳于其中的加热和控制元件的加热块壳体1以及控制装置壳体2的准备。为了连接三个主要元件，加热块壳体1、控制装置壳体2、和密封单元3，例如，将密封单元3预安装到加热块的一侧。为此，第一密封元件41被移动到接触杆18，直至基座部段40依靠在图2所示的横杆46上，该横杆覆盖在上侧之上的窗口16，并在定中心凸出部42的定中心容纳部47a、47b以及通向窗口16的冷却器元件37的通道48处凹陷。然后，预安装的控制装置壳体2被连接到加热块壳体1，以形成结构单元。从而，冷却器元件37被插入到相关的密封元件41b，以与其对其，直至加热块壳体1的上部边缘容纳在内侧双面坡口27中。在移动期间，随着将基座部段40通过与横杆46的接触固定到密封单元3，由于圆锥形实施和最终在径向压缩，而将各个密封元件41a、41b中的每一个放入各个相应的容纳部26a、26b，以中心对齐。与此同时，接触杆18的自由端通过通道24a转移到控制装置壳体2的内部，以及两个双向动作的弹性舌簧35之间，从而产生在弹性舌簧35和接触杆18之间的电接触。
在引入动作结束时，构建随着引入动作而增加的径向压力，并将其施加到密封元件41a、41b，现在其分别在一方面与容纳部26 的内侧圆周以及与接触杆18或冷却器元件37的外侧圆周进行密封接触。在所示的实施例中，还存在一个特征，其中，选择颈圈25a、25b的高度，使得颈圈25a、25b在依靠前侧上的基座部段40的位置处，因此使其在冷却器元件37或接触杆18的纵向上以密封的方式夹置在横杆46和颈圈25的前侧之间。
在以这种方式准备的结构单元中，控制接触部29通过控制接触架与印刷电路板34相接触，其对应的条形导线连接到功率晶体管36。接触肋片33与设置在印刷电路板上通向功率晶体管36的接触点相接触，从而根据功率晶体管36的开关特性与接触杆18相接触。用于接地的供电接口通过在控制装置壳体的双面坡口27区域中形成的条形导电线电连接到加热块壳体1。冷却器元件37利用其前端定位在对应的窗口16中。
可以各种方式(特别是通过焊接或胶合)保护在加热块壳体1和控制装置壳体2之间的连接。具体地，由于控制装置壳体2的下壳体部21和壳体盖22以及两个半壳10a、10b可以通过注射塑模来制造，因此图中所示的实施例适于电加热设备便宜的制造。在作为与壳体分开制造的插入件进行装配期间，密封单元3连接到壳体1、2。
图2所示实施例与图1所示实施例的不同之处仅在于开槽的导热片49被设置在窗口16中，该窗口夹置在冷却器元件的前端。
参考标号列表
1        加热块壳体
2        控制装置壳体
3        密封单元
4        控制装置
10       框
10a、10b 半框
11       加热块
12       加热元件
13       散热器
14a、14b 纵向柱
15a、15b 横向柱
16       窗口
17       纵向网
18       接触杆
20       控制装置支撑部
21        下壳体部
22        壳体盖
23        固定法兰
24a、24b  通道
25a、25b  颈圈
26a、26b  容纳部
27        双面坡口
28        塞式容纳部
29        塞式接触部
30a、30b  供电接口
31a、31b  供电塞式接触部
32        接触架
33        接触肋片
34        印刷电路板
35        弹性舌簧
36        功率晶体管
37        冷却器元件
40        基座部段
41a、41b  密封元件
42a、42b  定中心凸出部
43a、43b  密封垫圈
43′      下部密封垫圈
43″      上部密封垫圈
44        外部密封接触表面
45        内部密封接触表面
46        横杆
47a、47b  定中心容纳部
48        通道
49        导热片

Claims (18)

1.一种用作机动车的附加加热设备的电加热设备，具有：多个装配形成加热块(11)的加热元件(12)；控制装置(4)，用于控制所述加热元件(12)，其中，所述控制装置(4)与所述加热块(11)一起形成结构单元；以及接触元件和/或冷却器元件(18；37)，在所述控制装置(4)和所述加热块(11)之间延伸，其特征在于：
所述控制装置(4)保持在控制装置支撑部(20)上并在所述控制装置支撑部(20)与容纳所述加热块(11)的加热块壳体(1)之间设置有密封元件(41)，所述接触元件或冷却器元件(18；37)从所述密封元件伸出，并且所述密封元件通过夹置在所述控制装置支撑部(20)和所述加热块壳体(1)之间而密封。
2.根据权利要求1所述的电加热设备，其特征在于，所述密封元件(41)通过径向夹置而分别抵靠所述接触元件或冷却器元件(18；37)的圆周表面。
3.根据权利要求1所述的电加热设备，其特征在于，所述控制装置支撑部(20)和/或所述加热块壳体(1)分别包括围绕所述接触元件或冷却器元件(18；37)的上部通道(24)的、用于所述密封元件(41)的圆锥形容纳部(26)，并且所述密封元件(41)固定在所述加热块壳体(1)与所述控制装置支撑部(20)之间，以分别在所述容纳部(26)的内侧圆周和所述接触元件或冷却器元件(18；37)的外侧圆周处产生密封接触。
4.根据权利要求1所述的电加热设备，其特征在于，所述密封元件(41)彼此连接而形成完整的密封单元(3)。
5.根据权利要求4所述的电加热设备，其特征在于，所述密封元件(41)通过基座部段(40)彼此连接。
6.根据权利要求5所述的电加热设备，其特征在于，所述基座部段(40)密封地夹置在所述加热块壳体(1)与所述控制装置支撑部(20)之间的上部通道(24)的边缘上。
7.根据权利要求3所述的电加热设备，其特征在于，所述圆锥形容纳部(26)由凸出颈圈(25)围绕。
8.根据权利要求1所述的电加热设备，其特征在于，所述密封单元(41)形成在所述接触元件或冷却器元件(18；37)的纵向上相继布置的多个密封接触表面(44)，所述多个密封接触表面被布置为彼此成圆锥台阶状。
9.根据权利要求8所述的电加热设备，其特征在于，所述密封接触表面(44)通过相继布置的密封垫圈(43)来形成。
10.根据权利要求5所述的电加热设备，其特征在于，所述加热块壳体(1)在所述加热块(11)和所述控制单元(4)之间在所述加热块壳体(1)的侧面处形成有用于所述冷却器元件的窗口(16)，所述窗口(16)由形成所述基座部段(40)的接触表面的横杆(46)覆盖。
11.根据权利要求10所述的电加热设备，其特征在于，所述横杆(46)形成用于所述基座部段(40)的基本平坦的接触表面。
12.根据权利要求10所述的电加热设备，其特征在于，所述横杆(46)形成定中心容纳部(47)，其中，形成在所述基座部段(40)处的定中心凸出部(42)被容纳在所述定中心容纳部中。
13.根据权利要求12所述的电加热设备，其特征在于，所述定中心容纳部(47)围绕用于所述冷却器元件和/或接触元件(18；37)的下部通道(48)。
14.根据权利要求6所述的电加热设备，其特征在于，所述控制装置支撑部(20)是控制装置壳体(2)的一部分，所述控制装置壳体包括壳体盖(22)，所述壳体盖包括用于为所述加热设备供电并控制所述加热设备的至少一个接口(30a；30b)，以及所述控制装置壳体包围印刷电路板(34)，并被连接到所述加热块壳体(1)，其中，所述印刷电路板具有基本以直角从所述印刷电路板突出的冷却器元件(37)和电子开关(36)。
15.根据权利要求14所述的电加热设备，其特征在于，所述壳体盖(22)包括接触架(32)，该接触架电连接到至少一个接口(30b)和所述印刷电路板(34)，并位于所述印刷电路板(34)上；所述印刷电路板(34)包括与所述接触元件(18)共同作用的弹性舌簧(35)，通过将所述冷却器元件和接触元件(18；37)引入到在所述加热块壳体(1)上的上部通道(24)中，并夹置所述密封元件(41)来安装所述控制装置壳体(2)。
16.根据权利要求14或15所述的电加热设备，其特征在于，所述控制装置支撑部(20)与所述加热块壳体(1)相锁定。
17.根据权利要求1所述的电加热设备，其特征在于，所述密封元件(41)由耐热的弹性材料形成。
18.根据权利要求17所述的电加热设备，其特征在于，所述耐热的弹性材料是EPOM或硅树脂。
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