DE10028446A1 - Luftzuheizer - Google Patents
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Abstract
Luftzuheizer mit PTC-Heizelement mit Halbleiterschalter, wobei der gehäuselose Halbleiter-Chip (5) im Heizrohr (9) in unmittelbarer Nachbarschaft der PTC-Heizelemente (15) angeordnet ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Luftzuheizer gemäß Oberbe
griff des Anspruchs 1.
Luftzuheizer mit PTC-Heizelementen, die beispielsweise
in den Klimakasten eines Kraftfahrzeuges eingeschoben wer
den, und die mit einem Halbleiterschalter geschaltet werden,
sind bekannt.
Die standardisierten HL-Schalter werden im eigenen
Gehäuse verbaut, wobei die Schalter in großem räumlichem
Abstand zum Kühlmedium angeordnet werden. Durch den Innenwi
derstand der HL-Schalter entsteht Verlustleistung in Form
von Wärme. Es ist üblich, diese Verlustleistung mit in das
Medium zu leiten, welches durch das Heizelement aufgeheizt
werden soll. Aufgrund des großen räumlichen Abstands treten
zahlreiche Materialübergänge bei langen Transportdistanzen
auf, so daß insgesamt der Wärmeübergangswiderstand relativ
groß ist. Aus diesen Gründen müssen leistungsstarke HL-
Schalter eingesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Umgehung der aufgezeig
ten Nachteile Luftzuheizer zur Verfügung zu stellen, bei
denen der Wärmeübergangswiderstand zwischen HL-Schalter und
Kühlmedium verbessert, d. h. erniedrigt wird, mit dem Ziel,
leistungsschwächere HL-Schalter einsetzen zu können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch den Luftzuhei
zer gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestal
tungen des erfindungsgemäßen Luftzuheizer ergeben sich aus
den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 4.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt besteht darin, nicht
einen standardisierten HL-Schalter in eigenem Gehäuse son
dern nur den Schalter-Chip einzusetzen. Durch Plazierung
dieses Chips (nur das Siliciumplättchen) direkt in das
Heizelement kann die Verlustleistung direkt ins Kühlmedium
abgegeben werden. Zusätzliche Wärmeleiter werden nicht benö
tigt. Die Montage ist einfach.
Darüber hinaus können leistungsschwächere HL-Schalter
verwendet werden. Gleichzeitig wird die Verlustwärme des HL-
Schalters komplett als Heizleistung an das zu heizende Medi
um (üblicherweise Luft) abgegeben.
Durch Integration des HL-Schalters direkt in der Wärme
senke des Heizelements wird der Wärmeübergang zwischen
Schalter und Kühlmedium deutlich verringert, der Platzbedarf
für die HL-Schalter deutlich reduziert und der mechanische
Aufbau des Heizelements mit elektronischer Ansteuerung fer
tigungstechnisch und kostenmäßig günstiger gestaltet.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Fig. 1 bis 5
näher erläutert.
Hierbei ist Fig. 1 ein schematischer Längsschnitt durch
eine erfindungsgemäße Baueinheit mit Trägermaterial, HL-Chip
und Kontaktierflächen;
Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Baueinheit gemäß
Fig. 1;
Fig. 3 ist ein schematischer Längsschnitt durch das
Heizelement mit integrierter erfindungsgemäßer Baueinheit;
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Baueinheit gemäß
Fig. 2 mit aufgesetzten Kontaktierungen;
Fig. 5 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftzuheizers.
Gemäß Fig. 1 und 2 wird ein HL-Schalter-Chip 5 (nur das
Siliciumplättchen) eingesetzt. Der Chip 5 wird auf einen
guten Wärmeleiter 6 (vorzugsweise Kupfer) aufgebracht. Von
dort aus wird er am Stromausgangspad 2 angeschlossen, der
die PTC-Elemente (Keramik), die die eigentliche Heizleistung
erbringen, kontaktiert; ein weiterer Anschluß erfolgt am
Steuerpad 7 und am Diagnosepad 8, wobei der Anschluß vor
zugsweise in Bond-Technik erfolgt. Alle diese Pads sind gute
Wärmeleiter, vorzugsweise aus Kupfer, um eventuell über
Verbindungsleitungen eingeleitete Wärme gut abführen zu
können.
Die Pads werden auf einem elektrisch nicht leitendem
Wärmeleiter 1, der vorzugsweise aus Keramik besteht, aufge
bracht.
Auf den Pads wird ein Kontaktwerkstoff 3 aufgebracht,
der gewährleistet, daß der thermische und elektrische Über
gangswiderstand zu den Kontaktstreifen 10, der zum Batterie
auschluß führt, 11, der zum Heizelement führt, 13 (für Steu
erpad 7), 14 (für Diagnosepad 8) gemäß minimiert werden.
Gemäß Fig. 4 werden Kontaktstreifen 10, 11, 13, der als
Steuerstreifen und 14, der als Diagnosestreifen ausgebildet
ist, die aus einem guten Wärmeleiter, vorzugsweise Kupfer,
gefertigt sind, über die Pads 2, 6, 7, 8 (siehe Fig. 2)
gelegt.
Diese modulartige Ausführung wird in Fig. 2 schematisch
als Draufsicht dargestellt; hierbei wird die Ausbildung des
Stromausgangspad 2 mit aufliegendem Kontaktwerkstoff 3 wie
dergegeben; der Chip 5 ist an den Ausgangspad 2, den Steuerpad
7 und den Diagnosepad 8 angeschlossen, die ihrerseits
jeweils mit Kontaktwerkstoff 3 belegt sind.
Gemäß Fig. 3 sind auf dem Kontaktwerkstoff 3 über den
Pads 2, 6, 7 und 8 die Kontaktstreifen 10, 11, 13, 14 aufge
legt, wobei die Montage des Moduls mittels eines Rahmens 12
erfolgt; hierbei wird deutlich, daß als nach oben abschlies
sende Bedeckung eine weitere elektrisch nicht leitende Wär
meleitschicht (Keramik) 15 auf den Kontaktstreifen 10/11,
13, 14 aufliegt. Die modulare Baueinheit wird schließlich in
den Heizstab 9 eingebracht und verpreßt, so daß ein guter
Wärmeübergang gewährleistet ist.
In Fig. 4 wird schließlich als schematische Draufsicht
die modulare Baueinheit mit aufgesetzten Kontaktierungen
wiedergegeben, wobei die Bezugszeichen die zuvor gegebene
Bedeutung besitzen.
Fig. 5 gibt schematisch eine Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Luftzuheizers wieder, wobei die erfin
dungsgemäße modulare Baueinheit innerhalb des Aluminiumroh
res 9 an dessen anschlußseitigem Bereich angeordnet und
unmittelbar mit den benachbarten PTC-Heizelementen 15 ver
bunden ist; die Heizleistung von HL-Schalter-Modul und PTC-
Elementen 15 wird über Lamellen 16 an die Umgebung abge
führt.
Claims (4)
1. Luftzuheizer mit PTC-Heizelement mit Halbleiter
schalter, dadurch gekennzeichnet, daß der gehäuselose Halb
leiter-Chip (5) im Heizrohr (9) in unmittelbarer Nachbar
schaft der PTC-Heizelemente (15) angeordnet ist.
2. Luftzuheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Baueinheit Halbleiter-Schalter-Chip (5), zu
gehörige Kontaktstreifen (10), (11), (13), (14), Stromaus
gangspad (2), Steuerpad (7) und Diagnosepad (8) sowie diese
einschließende, elektrisch nicht leitende Wärmeleiter
(1, 15) aufweist.
3. Luftzuheizer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der HL-Schalter-Chip (5) gehäuselos auf einer wär
meleitenden Platte (6) aufgebracht ist; daß der Chip (5) am
Stromausgangspad (2), am Steuerpad (7) und am Diagnosepad
(8) vorzugsweise in Bond-Technik, angeschlossen ist, wobei
die Pads auf einem elektrisch nicht leitendem Wärmeleiter
(1), vorzugsweise aus Keramik, gelagert sind, wobei auf den
Pads Kontaktwerkstoff (3) aufgebracht ist, auf dem die Kon
taktstreifen (11) zum PTC-Heizelement, (10) zur Batterie,
(13) des Steuerstreifens und (14) des Diagnosestreifens
aufliegen.
4. Modulare Baueinheit zur Schaltung von Luftzuhei
zern, gekennzeichnet dadurch, daß der HL-Schalter-Chip (5)
gehäuselos auf einer wärmeleitenden Platte (6) aufgebracht
ist; daß der Chip (5) am Stromausgangspad (2), am Steuerpad
(7) und am Diagnosepad (8) vorzugsweise in Bond-Technik,
angeschlossen ist, wobei die Pads auf einem elektrisch nicht
leitendem Wärmeleiter (1), vorzugsweise aus Keramik, gelagert
sind, wobei auf den Pads Kontaktwerkstoff (3) aufge
bracht ist, auf dem die Kontaktstreifen (11) zum PTC-Heiz
element, (10) zur Batterie, (13) des Steuerstreifens und
(14) des Diagnosestreifens aufliegen.
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