DE102004055523A1

DE102004055523A1 - Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen

Info

Publication number: DE102004055523A1
Application number: DE102004055523A
Authority: DE
Inventors: Hans-Heinrich Dr. rer. nat. Angermann; Roland Dipl.-Phys. Burk; Herbert Dr. Ing. Damsohn; Erwan Gogmos; Michael Kohl; Markus Watzlawski
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-11-17
Publication date: 2005-06-30
Also published as: JP2007511412A; WO2005050101A2; WO2005050101A3; EP1687572A2; EP1687572B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1), insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren (2), wobei zumindest einem Teil der Flachrohre (2) ein nach dem Verlöten des Wärmetauschers (1) angebrachtes, elektrisch betriebenes Heizelement (4) als Zusatzheizung zugeordnet ist, das direkt oder indirekt am Wärmetauscher (1) fixiert ist, und das Heizelement (4) zumindest bereichsweise aus mindestens drei unterschiedlichen, großflächig fest miteinander verbundenen Schichten gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Niederverbrauchsfahrzeugen ist auf Grund des geringen Abwärmeangebots eine zusätzliche Heizleistung zur Erwärmung des Fahrgastraums sowie zur schnellen Beseitigung eines Beschlags (Eis oder Wasser) insbesondere an der Windschutzscheibe erforderlich. Hierfür ist bekannt, bei Wärmetauschern, die aus Flachrohren aufgebaut sind, durch welche ein Wärmeübertragungsmedium strömt, welches im Heizungsfall Wärme abgibt, zumindest an den äußeren Rohren eine Zusatzbeheizung in Form von PTC-Heizelementen vorzusehen. Die Anbringung derartiger PTC-Heizelemente ist jedoch recht aufwendig.

Die US 6,124,570 schlägt vor, einzelne Rohre des Wärmetauschers durch PTC-Heizelemente zu ersetzen, welche zwischen Kontaktplatten gehalten werden, die gleichzeitig eine wärmeleitende Verbindung zu den angrenzenden Rippen herstellen. Nachteilig hieran ist, dass die konstruktive Anpassung des Wärmetauschers zur Aufnahme von PTC-Heizelementen sowie die PTC-Heizelemente selbst sehr teuer sind. Aus diesem Grund kann es sein, dass ein derartiger Kombi-Wärmetauscher teurer ist, als eine Kombination eines herkömmlichen Wärmetauschers mit einem separaten PTC-Heizer. Auch wird durch den Bauraumbedarf für die PTC-Heizelemente und deren Kontaktierung die Leistungsdichte des Wärmetauschers deutlich verschlechtert. Das Ersetzen einzelner Rohre des Wärmetauschers ist auch in der DE 44 36 791 A1 sowie der DE 100 12 320 A1 zu entnehmen.

Ferner wird in der DE 198 58 499 A1 vorgeschlagen, die Flachrohre als Mehrkammerprofile auszubilden und mindestens eine der äußeren Kammern in der Form einer Einlegenut für einen isolierten Heizdraht auszubilden, deren Wände dann zur Befestigung des Heizdrahtes zusammengebogen werden. Der Heizdraht wird nach dem Löten des Wärmetauschers eingelegt. Nachteilig hieran ist, dass ein derartiger Wärmetauscher spezielle Flachrohre erfordert und ein Großteil der elektrisch eingebrachten Heizleistung ins Kühlmittel geht und dadurch nur verzögert zur Erwärmung der dem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft beiträgt.

Die US 6,178,292 B1 offenbart einen Wärmetauscher mit einem innerhalb eines Trägerelements angeordneten elektrischen Heizer, welcher zwischen zwei benachbarte Rippenpakete geschoben ist. Hierbei schließt das Trägerelement ein Paar paralleler Platten ein, zwischen denen ein elektrisches Heizelement gehalten und elektrisch kontaktiert wird. Der elektrische Heizer besteht aus einem Heizelement und einem Isolationselement und hat einen mehrschichtigen Aufbau, der im Wesentlichen von einem Heizstrom senkrecht zu den einzelnen Schichten durchsetzt wird. Zur Befestigung sind senkrecht zum Trägerelement und Heizer verlaufende Befesfigungselemente vorgesehen. Auch ein derartiger Wärmetauscher lässt noch Wünsche offen, insbesondere was die Teilevielfalt und -anzahl, und damit die Herstellkosten des gesamten Heizkörpers betrifft.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten und kostengünstigeren Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren, wobei zumindest einem Teil der Flachrohre ein nach dem Verlöten des Wärmetauschers angebrachtes, elektrisch betriebenes Heizelement als Zusatzheizung zugeordnet ist, das direkt oder indirekt am Wärmetauscher fixiert ist, und das Heizelement zumindest bereichsweise aus mindestens drei unterschiedlichen, großflächig fest miteinander verbundenen Schichten gebildet ist. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise mittels Aufeinanderwalzen (Laminieren) von Edelstahl-Bandmaterial und einer mit einer Polymerschicht kaschierten Aluminiumfolie oder dem Laminieren anderer Materialien mit geeigneten Eigenschaften. Zur Vereinfachung des Laminierungsprozesses können eine oder mehrere Schichtkomponenten mit einer Selbstklebeschicht oder einer Heißsiegel-Klebeschicht versehen sein, so dass zwischen den eigentlichen Schichten herstellungsbedingte Klebeschichten vorgesehen sein können, wobei die Klebeschichten auch bei Betrieb des Heizelements eine Funktion haben können. Das Heizelement ist zwischen zwei benachbarte, überstehende Rippenpakete geschoben. Um Beschädigungen des Heizelements zu vermeiden, können die Rippen auf einer, bevorzugt aber auf beiden Seiten, abgerundet oder mit einer Fase versehen sein, wodurch das Einführen des Heizelements erleichtert wird.

Das Heizelement kann sowohl als Verbund als auch aus einzelnen miteinander verbundenen Einzelelementen hergestellt sein. Der Verbund ist entsprechend der späteren Verschaltung noch aufzutrennen, außer wenn alle Einzelelemente später parallel geschaltet werden sollen. Die Einzelelemente sind – entsprechend der späteren Verschaltung – miteinander zu verbinden.

Hierbei wird das Heizelement bevorzugt durch mindestens je eine Heizleiterschicht, eine Isolationsschicht und eine Wärmeleit- und Schutzschicht gebildet, wobei auch weitere Schichten vorgesehen sein können, insbesondere eine oder mehrere Klebeschichten, wobei diese auch als selbstklebende Beschichtung ausgebildet sein können.

Die Heizleiterschicht ist vorzugsweise durch eine Stahl-, insbesondere eine Edelstahlschicht, gebildet, die insbesondere eine Dicke von 0,1 bis 0,25 mm aufweist und elastisch verformbar ist, so dass das Heizelement bei entsprechender Verformung federelastisch an den überstehenden Rippenpaketen anliegt und kraftschlüssig dazwischen gehalten wird.

Die Isolationsschicht ist vorzugsweise durch eine Polymer-, insbesondere eine Polyesterschicht, gebildet. Jedoch sind auch andere, höher temperaturfeste Materialien, wie PEN oder Polyimide möglich.

Die Isolationsschicht ist vorzugsweise aus einer isolierenden Folie oder einem Lack gebildet. Sie weist bevorzugt eine Dicke von 10μm bis 100μm, insbesondere 15μm bis 50μm, auf. Ferner ist ein dünnes Spezialpapier, z.B. ein Klebeband, oder eine dünne Kunststoff-Folie möglich.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Heizleiterschicht und der Isolationsschicht eine Klebeschicht vorgesehen, welche beide Schichten nach dem Laminieren dauerhaft miteinander verbindet. Bei einer Klebeschicht, die hinreichende Isolier- und Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist auch die Alternative möglich, die Polyester-Isolierschicht durch die Klebeschicht zu ersetzten.

Die Wärmeleit- und Schutzschicht ist vorzugsweise durch eine Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumschicht oder eine Schicht aus einer bevorzugt relativ weichen Aluminiumlegierung, gebildet. Die Wärmeleit- und Schutzschicht übernimmt die Funktion, die in der Heizleiterschicht erzeugte Wärme fokussiert auf die Wellrippen, insbesondere die Kuppen der Wellrippen zu übertragen, d. h. eine Aufgabe wahrzunehmen, welche die Isolationsschicht nur in vermindertem Maße erfüllen könnte. Diese Wärmeleit- und Schutzschicht weist neben der Wärmeleitfunktion auch eine Schutzfunktion auf, so dass die benachbarte Isolationsschicht vor Verletzungen, zum Beispiel beim Einbringen der Heizelemente, geschützt ist. Sie weist bevorzugt eine Dicke von 20μm bis 200μm auf, insbesondere 50μm bis 100μm. Hierbei ist die Wärmeleit- und Schutzschicht bevorzugt direkt benachbart und in Anlage an den Rippenpaketen des Wärmetauschers angeordnet, so dass ein optimaler Wärmeübergang möglich ist.

Die Aluminiumschicht ist ebenso wie ein Edelstahlband, das für die Heizleiterschicht verwendet werden kann, im Handel erhältlich, und zwar als mit einer Selbstklebefolie kaschierte Aluminiumfolie. Damit ist es möglich, eine dauerhafte Verbindung zwischen der Aluminium- und der darunter liegenden Isolierschicht herzustellen. Auch hier ist als Alternative denkbar, auf die erwähnte Polymer- oder Polyester-Isolierschicht zu Gunsten der Klebeschichten zu verzichten, wenn durch diese eine hinreichende Isolation und Wärmeleitung gewährleistet ist. Wie bereits erwähnt, wird das erfindungsgemäße Laminat durch Walzen hergestellt und kann damit wie ein Blech weiter verarbeitet werden.

Bevorzugt ist das Heizelement selbst als Heizgitter ausgebildet, oder es ist eine Mehrzahl von Heizelementen zu einem Heizgitter verbunden, insbesondere derart, dass der Strom derart, zum Beispiel mäanderartig, durch das Heizgitter geleitet wird, dass sich der erforderliche elektrische Widerstand zur Erzielung einer gewünschten Heizleistung bei gegebener Spannung einstellt. Die Heizelemente und/oder die Heizleiterschicht können ihrerseits mäanderartig ausgebildet sein, zum Beispiel um den elektrischen Widerstand bei gegebener Schichtdicke zu erhöhen, wobei einzelne, parallel zueinander verlaufende Heizelemente auf je einer Seite mit mindestens einem benachbarten Heizelement über Verbindungsstege verbunden sind.

Das Heizelement ist bevorzugt auf der Luftabströmseite stirnseitig bezüglich des entsprechenden Flachrohrs und parallel hierzu verlaufend angebracht, wobei das Heizelement zumindest bereichsweise zwischen vorstehenden Rippenpaketen aufgenommen ist. Dies ermöglicht eine einfache, raumsparende und kostengünstige Anbringung.

Bevorzugt kann der elektrische Widerstand und somit die Heizleistung durch die Vorsehung von Ausnehmungen in der der Wärmeerzeugung dienenden Schicht eingestellt werden, beispielsweise mittels Stanzen hergestellter Schlitze, z.B. durch eine streckgitterartigen Ausgestaltung.

Zur Vermeidung von Kurzschlüssen oder Strombrücken, insbesondere zwischen den elektrisch leitenden Schichten des Laminats, erfolgt nach dem Stanzvorgang ein Entgraten der Schnittkanten. Dies erfolgt bevorzugt mittels einer gepulsten Spannung, die zwischen den stromleitenden Schichten angelegt wird, wobei die Spannung bevorzugt von Puls zu Puls erhöht wird. Hierbei brennen mögliche Verbindungs-Grate zwischen den beiden Metallschichten in Folge des sich kurzzeitig bildenden Lichtbogens ab, wobei die umgebenden Bereiche auf Grund der Kürze der Pulse nicht oder nur sehr begrenzt durch eine übermäßige Wärmeentwicklung beeinträchtigt werden. Das Entgraten kann auch mittels eines Ätzverfahrens oder auf sonstige Weise erfolgen.

Das Entgraten kann beispielsweise direkt nach dem Stanzen, ggf. auch vor dem Laminieren, oder nach erfolgtem Laminieren, nachfolgendem Stanzen und anschließendem Umformen des Heizelements erfolgen.

Bevorzugt werden insbesondere die entgrateten Schnittkanten versiegelt, beispielsweise mittels Auftragens eines Lackes oder eines Klebers, der nach dem Auftragen aushärtet. Jedoch kann auch eine Versiegelung beispielsweise bei getrennt hergestellten und anschließend fest miteinander verbundenen Elementen unterschiedlicher Abmessungen erfolgen, wobei die Versiegelung eine spätere kurzschlussbildende Verformung der Kanten insbesondere bei kleinen Abständen der gut elektrisch leitenden Schichten verhindert.

Hierbei wird zum Versiegeln bevorzugt ein Polymer verwendet, wobei durch Wahl der Viskosität und des Auftragsverfahrens (z.B. Tauchen, Abrollen, Abstreifen oder Raupenauftrag) die Dicke der Versiegelung eingestellt werden kann. Das Versiegeln erfolgt bevorzugt direkt nach dem Entgraten, kann jedoch gegebenenfalls als letzter Verfahrensschritt nach dem Verbinden und Umformen der einzelnen Heizelemente zu einem Heizgitter erfolgen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist das Laminat die oben angegebenen Schichten auf, wobei die wärmeleitende und schützende Aluminiumschicht in Kontakt mit den Wellrippen steht, während die Heizleiterschicht mit ihrer nicht isolierten Oberfläche die dem Wärmetauscher abgewandte Seite bildet. Zwischen Aluminiumschicht und Wellrippen ergibt sich damit ein verbesserter Wärmeübergang, insbesondere bei weicher Aluminiumlegierung, sodass auch eine gewisse Anschmiegung an die Kuppen der Wellrippen möglich ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind Kontaktleiter mit Kontaktfahnen vorgesehen, welche elektrisch leitend in die Nuten bzw. Faltungen der Heizvorrichtung eingreifen und damit direkt die Heizleiterschicht kontaktieren. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die elektrische Heizvorrichtung mit einfachen Mitteln von außen kontaktiert, d. h. mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz versorgt werden kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann die gitterförmige Heizvorrichtung mittels eines zusätzlich aufzubringenden Klebers gegen Herausfallen gesichert sein – prinzipiell hält die Heizvorrichtung durch kraftschlüssige Verbindung, d. h. durch Einklemmen der Faltungen in die Freiräume zwischen den vorstehenden Rippen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist die gitterförmige Heizvorrichtung mäanderförmig ausgebildet, d. h. parallel zueinander angeordnete Heizstränge in Form von Faltungen sind endseitig abwechselnd durch breite und schmale Stege miteinander verbunden, sodass sich ein zusammenhängendes Gebilde ergibt, welches bei der Montage leicht zu handhaben ist. Einzelne Strompfade bzw. Heizstränge können unterbrochen und durch PTC-Elemente zum Schutz vor Überhitzung überbrückt werden. Bei dieser Gestaltung der Heizvorrichtung sind auch verschiedene Schaltungsvarianten möglich. Darüber hinaus können einem Heizkörper mehrerer Heizvorrichtungen zugeordnet sein, die jeweils einen Teil der Stirnfläche überdecken. Diese können nacheinander oder gleichzeitig zu- oder abgeschaltet werden, um somit die Heizleistung abzustufen.

Bevorzugt sind Überhitzungssicherungen im Strompfad vorgesehen, die den Stromfluss bei zu hohen Temperaturen automatisch unterbrechen. Die Überhitzungssicherungen werden bevorzugt durch Lötverbindungen mit einem niederschmelzenden Lot zwischen zwei Kontaktblechen gebildet, wobei eines der Kontaktbleche ein unter Vorspannung stehender Federstahl ist. Dabei können die Überhitzungssicherungen das gesamte Heizgitter und/oder parallelgeschaltete Teilbereiche des Heizgitters gegen Überhitzung absichern.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Varianten unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Schnitt durch ein Heizelement im gestreckten Zustand,
2 einen Schnitt durch ein eingebautes Heizelement,
3 einen Schnitt senkrecht zur normalen Strömungsrichtung der Luft,
4 eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs von 3 unter Verdeutlichung des Wärmeübergangs,
5a–5d verschiedene Ansichten und Darstellungen eines Heizgitters, das eine Mehrzahl von Heizelementen umfasst,
6 eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers mit angebauter Zusatzheizung,
7 einen Schnitt durch ein eingebautes Heizelement im Bereich eines elektrischen Kontakts,
8a eine Draufsicht auf ein gestreckt dargestelltes Heizelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
8b eine Draufsicht auf die Heizleiterschicht,
8c eine Draufsicht auf die Isolationsschicht und Wärmeleit- und Schutzschicht,
9 einen Schnitt durch eine Überhitzungssicherung,
10 einen Schnitt durch eine Überhitzungssicherung gemäß einer Variante,
11a, 11b zwei Varianten von Heizelementen mit Überhitzungssicherungen,
12 einen Schnitt durch eine alternative Kontaktierung,
13a–13e Ausführungsbeispiele für ein Heizelement zur Anpassung des elektrischen Widerstandes,
14a–14c eine Draufsicht und seitliche Schnitte eines aus Einzelelementen gebildeten Heizgitters mit serieller Schaltung je zweier parallel geschalteter Heizelemente zur Anpassung des elektrischen Widerstandes,
15a–15c Schnitte durch ein Heizelement nach dem Stanzen, beim Anlegen einer Spannungsquelle und nach dem Versiegeln,
16a, 16b Schnitte durch ein Heizelement, bei dem das Laminieren nach dem Stanzen erfolgt, und
17a, 17b Schnitte durch ein mittels Ätzens bearbeitetes Heizelement,
18 einen Schnitt durch ein Heizelement mit umgeschlagenem Verbund in den Endbereichen,
19 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher mit Heizelement, wobei das Heizelement mit Hilfe eines Halteelements am Wärmetauscher fixiert ist,
20 eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers mit Heizelement und Halteelement von 19,
21 eine perspektivische Ansicht des Halteelements von 19 und 20,
22a–22h verschiedene Beispiele der Anbringung eines Strombandes, und
23a–23c drei verschiedene Beispiele mit je zwei Ansichten der Positionierung einer Überhitzungssicherung.
Ein Wärmetauscher 1 für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere für ein Niederverbrauchsfahrzeug, mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren 2 und zwischen den Flachrohren 2 angeordneten Rippenpaketen 3 weist elektrisch betriebene Heizelemente 4 als eine Zusatzheizung auf, die bei Bedarf zugeschaltet werden kann. Hierbei sind eine Mehrzahl einzelner Heizelemente 4 nach dem Löten von der Luftabströmseite des Wärmetauschers her jeweils zwischen benachbarte, überstehende Rippenpakete 3 eingeschoben, wobei jedes Heizelement 4 hierfür U-förmig ausgebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jede Reihe von Flachrohren 2 mit einem Heizelement 4 bestückt, jedoch sind auch beliebige andere Varianten möglich, z.B. dass nur jede zweite oder dritte Reihe von Flachrohren mit einem Heizelement versehen ist, wie in den 9 und 10 dargestellt.
Die Heizelemente 4, deren Aufbau in 1 verdeutlicht ist, weisen eine Heizleiterschicht 5, gebildet durch eine Edelstahlschicht, eine Klebeschicht 6, gebildet durch eine klebende Beschichtung der nachfolgenden Isolationsschicht 7, die aus einer Polyester-Folie gebildet ist, und einer hieran anschließenden Wärmeleit- und Schutzschicht 8, die durch eine Aluminiumschicht gebildet ist. Die Herstellung des flächigen Verbundes der einzelnen Schichten erfolgt vorliegend mittels Laminierens, weshalb auf das Heizelement 4 auch als Laminat Bezug genommen werden kann. Nach dem Laminieren ist ein Stanz-Biegeprozess vorgesehen, während dessen die Heizelemente 4 ausgebildet werden, wobei sie einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt erhalten, so dass die Flanken im eingebauten Zustand an den überstehenden Rippenpaketen 3 anliegen. Das Ausschneiden kann jedoch auch auf andere Weise als mittels Stanzen erfolgen, beispielsweise mittels eines Lasers.
Die Heizleiterschicht 5 weist vorliegend eine Dicke von ca. 0,15 mm auf, wobei die Dicke der Heizleiterschicht 5 so gewählt ist, dass der elektrische Gesamtwiderstand bei der angelegten Spannung U (in der Regel 13V) und der gewählten elektrischen Schaltung der einzelnen Heizelemente die gewünschte Heizleistung (P=U²/R) ergibt. Aus fertigungstechnischen Gründen wird die elektrische Schaltung und die Heizleiterschicht z.B. mittels Ausnehmungen so gewählt bzw. gestaltet, dass sich der gewünschte Gesamtwiderstand bei Dicken von 0,1 bis 0,25 mm ergibt.
Die Isolationsschicht 7 weist eine Dicke von ca. 25 μm auf, so dass eine zuverlässige Isolation, aber auch ein guter Wärmedurchgang gewährleistet ist. Die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 weist eine Dicke von ca. 100 μm auf, welche umformungstechnisch keine Probleme bereitet und auch in Hinblick auf die Schutzfunktion ausreichend ist.
Um die Heizelemente 4, insbesondere die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 sowie die Isolationsschicht 7, beim Einschieben zu schützen, sind an den überstehenden Rippenpaketen 3 Einführschrägen vorgesehen (siehe 2). Diese Einführschrägen können beispielsweise durch einen Umformvorgang vor dem Löten des Heizkörperblockes oder aber auch danach angebracht werden, wofür beispielsweise ein spezielles Umformwerkzeug in Einführrichtung der Heizelemente 4 zwischen die jeweiligen Rippenpakete 3 eingeführt wird, so dass die Ecken der einzelnen Rippenpakete 3 umgeformt und dadurch abgeschrägt werden.
Auf Grund des Einsatzes von Edelstahl weist das Heizelement 4 bei einer Verformung eine gewisse Federkraft auf, welche dazu verwendet wird, die Heizelemente 4 zwischen den Rippenpaketen 3 in möglichst großflächiger Anlage zu halten (kraftschlüssige Verbindung). Hierbei ist die Heizleiterschicht 5 innen und die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 außen angeordnet. 3 und 4 zeigen einen Schnitt durch die Rippen der überstehenden Rippenpakete 3 und ein Heizelement 4 senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft. In 4 ist hierbei der Wärmestrom durch die Isolationsschicht 7 und die Wärmefokusierung in der Wärmeleit- und Schutzschicht 8 mittels Pfeilen verdeutlicht.
Je nach elektrischem Widerstand, Bordnetzspannung und gewünschter elektrischer Heizleistung können die einzelnen Heizelemente 4 in hier nicht näher dargestellter Weise durch Parallel- und/oder Serienschaltung über Verbindungsstege verbunden werden. Zur Leistungsregelung wird ein Pulsweiten-Modulationsverfahren verwendet, jedoch sind auch andere Verfahren zur Leistungsregelung möglich.
Die einzelnen Heizelemente 4 sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie aus den 5a bis 5d ersichtlich ist, mittels Verbindungsstegen 11 und Hilfs-Verbindungsstegen 12 verbunden, so dass man die Heizelemente 4 auch als Heizstränge eines Heizgitters 13, bestehend aus einer Mehrzahl von Heizelementen 4, Verbindungsstegen 11 und Hilfs-Verbindungsstegen 12, bezeichnen kann. Hierbei zeigt 5a eine perspektivische Ansicht des Heizgitters 13, 5b einen vergrößert dargestellten Schnitt, wobei die Einführrichtung, wie auch in 5a und 5c, durch einen Pfeil dargestellt ist, 5c einen 5b entsprechenden Schnitt durch zwei Heizelemente 4 und 5d eine Draufsicht auf die Heizleiterschicht 5 des Heizgitters 13. Wie insbesondere aus 5a ersichtlich ist, ist die Anordnung der Heizelemente 4 und Verbindungsstege 11 mäanderartig, wobei auf der einem Verbindungssteg 11 gegenüberliegenden Seite zur Erhöhung der Festigkeit des Heizgitters 13 ein Hilfs-Verbindungssteg 12 vorgesehen ist, der während oder nach erfolgtem Einbau durchtrennt wird.
Um die wärmeerzeugenden Bereiche der Heizelemente 4 optimiert im Bereich der Rippenpakete 3 anzuordnen und um die Anpresskraft der Flanken der U-förmigen Heizelemente an die Rippenpakete auf einen optimalen Wert zu bringen, sind Ausstanzungen, die vorliegend kreisförmig ausgebildet sind, in der Heizleiterschicht 5 im benachbart zu den Flachrohren 2 angeordneten Bereich vorgesehen. Anstelle von kreisförmigen Ausstanzungen können auch sich in Längsrichtung der Heizelemente erstreckende Ausstanzungen oder Aussparungen vorgesehen sein.
Auch die Flanken der Heizelemente können Ausnehmungen aufweisen, wie in den 13a und 13b anhand zweier weiterer Ausführungsbeispiele dargestellt ist. Gemäß dem in 13a dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Heizelement, vorliegend aus Edelstahl 1.4301, selbst eine mäanderartige Struktur auf, wodurch der Widerstand des einzelnen Heizelements vergrößert wird. Gemäß dem in 13b dargestellten Ausführungsbeispiel, das bevorzugt wird, wird der Stromfluss und damit die Wärmeentwicklung weniger durch den Boden des U-förmigen Halteelements geleitet, so dass ein geringerer Wärmeeintrag ins Kühlmittel erfolgt. Auf dem Heizelement ist eine polyesterkaschierte Aluminiumfolie aufgebracht.
Gemäß einem weiteren, nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine planierte und entsprechend umgeformte Streckmetallstruktur vorgesehen, bei der durch einen speziellen Schnitt des Metall-Bandmaterials und gleichzeitiger Streckung rautenförmige Maschen mit entsprechenden Stegen für die Stromleitung entstehen. Durch die Wahl der Maschenparameter kann hierbei der elektrische Widerstand in weiten Grenzen eingestellt werden.
Die 13c bis 13e zeigen, wie durch die Anordnung von Ausstanzungen der Weg des Stromflusses verlängert werden kann, so zeigt 13c einen hohen elektrischen Widerstand, 13d einen mittleren elektrischen Widerstand und 13e einen relativ geringen elektrischen Widerstand.
Zum Schutz gegen eine Überhitzung ist im Stromkreis eine Lücke 21 vorgesehen, die mittels eines Sicherungselements (insbesondere Schmelzsicherung, nicht dargestellt) überbrückt wird, das den Stromkreis bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur unterbricht.
Gemäß einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels ist zur zusätzlichen Sicherung der Heizelemente 4 am Wärmetauscher 1 ein temperaturbeständiger Klebstoff vorgesehen.
6 zeigt einen Wärmetauscher 1 mit montierter und elektrisch kontaktierter Zusatzheizung, welche durch mäanderartig angeordnete Heizelemente 4 gebildet ist. Zur elektrischen Kontaktierung sind Kontaktfahnen 31 für einen Steckkontakt eines Heizkörper-seitigen, nicht näher ausgeführten Steckers an einer Schmalseite des Wärmetauschers 1 vorgesehen. Die im vorliegenden Beispiel vorhandenen vier Kontaktfahnen 31 sind einstückig mit Kontaktleitern 32 ausgebildet, die Kontaktfahnen 33 zum Kontakt mit den Heizelementen 4 aufweisen. Bevorzugt sind mindestens zwei Kontaktleiter 32 vorgesehen, wobei einer davon als Masseschiene 32a ausgebildet ist, der bei Vorhandensein mehrerer Heizgitter auch mehrere Kontaktfahnen 33 besitzt. Der Masse-Kontaktleiter 32a hat eine zusätzliche elektrisch leitende Verbindung 34 als Potentialausgleich zum Wärmetauscherblock. 7 zeigt einen Schnitt durch die Kontaktstelle von Kontaktfahne 33 und Heizelement 4. Hierbei sind die Abmessungen der Kontaktfahne 33 auf den freien Zwischenraum im U-förmigen Bereich der Heizelemente 4 abgestimmt. Diese Kontaktfahne 33 kann Federelemente (nicht dargestellt) zur Sicherstellung eines zuverlässigen Kontakts aufweisen.
Anstelle eines Steckkontakts kann auch eine andere Kontaktierung vorgesehen sein, beispielsweise Federzungen, Schrauben oder Niete. Ebenso kann auch ein Verschweißen, Verlöten oder Verkleben für eine elektrische Kontaktierung des Heizgitters mit der Stromversorgung vorgesehen sein, wobei Kontaktelemente, insbesondere Kontaktbleche einstückig mit dem Heizgitter oder getrennt hiervon ausgebildet sein können. Ein Beispiel einer alternativen Kontaktierung bei einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt 12. Eine entsprechende Werkstoffauswahl für die Kontaktfahnen und/oder Beschichtung, z.B. Verzinnung, Versilberung, verbessert die Leitfähigkeit und damit den Kontakt. Die Kontaktfahnen können am Kontaktleiter auch befestigt sein, beispielsweise mittels einer Lötverbindung, Schweißverbindung oder Crimp- oder Nietverbindung. Der Kontaktleiter kann auch eine bauliche Einheit mit Elementen zur Befestigung am Wärmetauscher bilden, wofür beispielsweise Clipse vorgesehen sein können. Zu diesem Zweck können alle Kontaktleiter von einem nicht dargestellten Kunststoffteil umspritzt sein, das die einzelnen Kontaktleiter in ihrer relativen Position hält, Clipselemente umfasst und gleichzeitig das Gehäuse eines Steckers bildet.
8a zeigt das zweite Ausführungsbeispiel gemäß dem eine Mehrzahl von einzeln ausgebildeten Heizelementen 4 miteinander entsprechend verbunden sind. Hierbei ist eine Doppel-T-förmige Edelstahl-Heizplatine als Heizleiterschicht 5 vorgesehen (siehe 8b), welche eine Mehrzahl von kreisförmigen Ausstanzungen aufweist, die entlang der Längsachse angeordnet sind. Eine rechteckig ausgestanzte oder -geschnittene Isolier- und Schutzfolie, die aus einer Isolationsschicht und einer Wärmeleit- und Schutzschicht besteht, wird auf diese Heizplatine auflaminiert. In Folge, der Form der Heizplatine sind Fahnen 41 vorgesehen, die zur Bildung von Anschlussflächen entsprechend 12 oder Verbindungsstegen parallel geschalteter Heizelemente 4 oder zur Bildung einer Überhitzungssicherung 42 verwendet werden können, wie in den 9 und 10 dargestellt. Das Vorsehen von Überhitzungssicherungen 42 ist insbesondere dann sinnvoll, wenn keine Luft über den Wärmetauscher 1 strömt, kein Wasser oder Wassergemisch durch die Flachrohre 2 strömt, insbesondere wenn sich kein Wasser im Wärmetauscher 1 (Heizkörper) befindet und eine sehr hohe elektrische Heizleistung gefordert wird. Die Überhitzungssicherung 42 wird vorliegend durch eine thermisch auslösende Schmelzsicherung gebildet, wobei die beiden Fahnen 41 benachbarter Heizelemente 4 mittels eines Weichlots oder eines eutektischen Lots miteinander verlötet werden. Hierzu werden die Heizelemente 4 elastisch verformt, so dass bei einer Überhitzung und eines damit verbundenen Lösens der Lötverbindung sich die Heizelemente 4 wieder zurückverformen und die Fahnen 41 außer Kontakt gelangen, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird. Durch Wahl des Lots, die Eigenerwärmung auf Grund der Stromdichte und die thermische Anbindung an den Heizsteg lässt sich die Grenztemperatur festlegen, bei der der Stromkreis unterbrochen wird, vorliegend liegt diese bei ca. 150°C. An der Lötstelle stellt sich beim Betrieb eine Gleichgewichtstemperatur ein, bei der die erzeugte Verlustwärme und die an die vorbeiströmende Luft und den Heizsteg abgeführte Wärme im Gleichgewicht stehen. Kann nicht mehr ausreichend Wärme an die vorbeiströmende Luft abgegeben werden, so steigt die Temperatur an der Lötstelle und bei Überschreiten der Grenztemperatur löst sich die Lötverbindung, d.h. die Überhitzungssicherung 42 spricht an, so dass in Folge der Unterbrechung des Stromkreis die elektrische Zusatzheizung automatisch gestoppt wird, so dass eine Überhitzung der Heizelemente 4 oder auch anderer im Bereich des Wärmetauschers 1 oder den nachfolgenden Luftkanälen angeordneten Elemente vermieden werden kann.
In den 11a und 11b ist dargestellt, wie die Auslösetemperatur der Überhitzungssicherung 42 durch Variation des leitenden Querschnitts im Bereich der Schmelzlotverbindung auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann. Die anderen Verbindungen dienen insbesondere der festen Verbindung der einzelnen Heizelemente 4, so dass aus den einzelnen Heizelementen 4 ein Heizgitter gebildet wird, entsprechend dem des ersten Ausführungsbeispiels, jedoch mit einer Parallelschaltung je zweier Heizelemente. Ein derartig zusammenhängendes Heizgitter ist einfacher zu montieren, da nicht einzelne Heizelemente positioniert und kontaktiert werden müssen. Ferner lassen sich auf einfache Weise Parallelschaltungen und Serienschaltungen von Heizelementen verwirklichen.
Die Verbindung mit dem elektrischen Kontaktelement kann, wie zuvor dargestellt oder wie in 12 dargestellt über Lötstellen 51 erfolgen, die gleichzeitig als Überhitzungssicherungen dienen können.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Isolationsschicht 7 bereits durch eine selbstklebende Beschichtung einer Aluminiumfolie, welche die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 bildet, zur Verfügung gestellt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, für das wiederum auf die 1 und 2 Bezug genommen wird, ist ein Heizelement 4 durch eine Stromzuführungsschicht 5 (erste Elektrode), gebildet durch ein Stahl-Heizgitter, eine Klebeschicht 6, gebildet durch eine klebende Beschichtung der nachfolgenden Polymer-PTC-Schicht 7, die aus einem Polymer-PTC-Material mit einem definierten spezifischen Widerstand gebildet ist, und eine hieran anschließenden Masse-, Wärmeleit- und Schutzschicht 8, die durch eine Aluminiumschicht (zweite Elektrode) gebildet ist, gebildet. Die Herstellung erfolgt entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen dient die von den Rippenpaketen 3 entfernteste Schicht nur bedingt der Wärmeerzeugung, sondern vielmehr der Stromzuführung und -verteilung, so dass der Strom gleichmäßig durch die Klebeschicht 6 und insbesondere die Polymer-PTC-Schicht 7, welche der Wärmeerzeugung dient, strömt und über die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 (zweite Elektrode) abgeleitet wird. In diesem Fall müssen auch die Klebeschichten in ausreichendem Maße elektrisch leitend sein, was z.B. durch Zumischen von Leitruß oder anderer elektrisch leitfähiger Partikel erreicht werden kann. Auch andere Haftverbindungstechniken zwischen den Metallschichten und der Polymer-PTC-Schicht sind denkbar. Auf Grund des PTC-Widerstandsverhaltens (positive temperature coefficient) der Polymer-PTC-Schicht 7 hat das so gebildete Heizgitter 13 eine ausreichende Eigensicherheit, so dass keine Überhitzungssicherung erforderlich ist.
Prinzipiell ist der Aufbau sämtlicher voriger Ausführungsbeispiele möglich, jedoch ist die elektrische Kontaktierung auf das andersartige Stromleitverhalten anzupassen. Der Wärmetauscher 1 liegt hierbei bevorzugt auf dem Massepotential, wie auch bei sämtlichen vorigen Ausführungsbeispielen.
Die 14a bis 14c zeigen ein aus Einzelelementen gebildetes Heizgitter mit serieller Schaltung je zweier parallel geschalteter Heizelemente zur Anpassung des elektrischen Widerstandes. Hierbei sind an den Übergängen zwischen den einzelnen Heizelementen Lötstellen als Schmelzsicherungen (Überhitzungssicherung 42) vorgesehen, wobei prinzipiell eine einzige Schmelzsicherung ausreichen würde. Zur elektrischen Kontaktierung sind Kontaktplatten an den Enden vorgesehen, in der 14c durch „+" und das Erde-Symbol dargestellt. Beliebige andere Verschaltungen, z.B. die Verschaltung aller Heizelemente 4 in Reihe oder die Parallelschaltung aller Heizelemente 4, sind möglich.
Zur Entfernung von Graten, die zwangsläufig beim Stanzen der Platinen entstehen und eventuell zu ungewollten elektrischen Verbindungen zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten führen können, werden die Heizelemente nach dem Stanzen vor oder nach dem Umformen und Verbinden zu einem Heizgitter entgratet, wofür – Bezug nehmend auf das erste Ausführungsbeispiel und 15a bis 15c – zwischen der Heizleiterschicht 5 und der Wärmeleit- und Schutzschicht 8 eine gepulste, über die Zeit ansteigende Spannung angelegt wird, so dass sich bei Erreichen einer ausreichend großen Spannung sich Lichtbögen an den kritischen Stellen zwischen den beiden Schichten ausbilden und in Folge der hierbei entstehenden Wärme die Grate abbrennen (oxidieren und/oder verdampfen). Da die Pulse zeitlich begrenzt sind, kann die Wärmeentwicklung und der Wärmeeintrag, insbesondere in die temperaturempfindliche dazwischenliegende Polymer-Schicht begrenzt werden, so dass diese nicht beschädigt wird. Durch den Abbrennvorgang kann rundherum ein Mindestabstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten sichergestellt werden.
Um den Mindestabstand langfristig, auch in Hinblick auf mögliche Beschädigungen, sicherzustellen, erfolgt nach dem Entgraten ein Versiegeln der entgrateten Schnittkanten (siehe 15c). Hierfür werden die Schnittkanten mit einem isolierenden Polymer (Versiegelung 61) versehen, das nach dem Auftragen aushärtet.
Anschließend werden die einzelnen Heizelemente umgeformt und zu einem Heizgitter verbunden.
Entgraten und Versiegeln können auch die letzten Schritte nach dem Umformen bilden.
Das zuvor beschriebene Verfahren zum Entgraten und Versiegeln kann bei sämtlichen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden, wobei auch ein Entgraten einzelner bereits gestanzter Elemente vor dem Laminieren erfolgen kann.
Gemäß einer in 16a dargestellten Variante, bei der das Laminieren der Heizleiterschicht mit den anderen Schichten erst nach dem Stanzvorgang erfolgt, stehen die Isolationsschicht und die Wärmeleit- und Schutzschicht über die Heizleiterschicht zumindest bereichsweise über, so dass auf Grund der überstehenden Isolationsschicht ein Kurzschluss ausgeschlossen ist.
Steht jedoch die Heizleiterschicht über die Isolationsschicht und die entsprechend der Isolationsschicht ausgebildeten Wärmeleit- und Schutzschicht über, so kann der Abstand zwischen den beiden leitenden Schichten nicht ausreichen, um einen Kurzschluss sicher zu vermeiden. In diesem Fall ist bevorzugt, wie in 16b dargestellt, eine Versiegelung 61 vorgesehen.
In den 17a und 17b erfolgt nach dem Laminieren ein Freiätzen eines Bereichs (in 17a von einer gestrichelten Linie umgeben), in welchem später ein Trennen mittels Stanzen erfolgt, wie in 17b dargestellt. Hierbei wird lediglich eine der elektrisch gut leitenden Schichten, vorliegend die Heizleiterschicht, in einem relativ kleinen und begrenzten Bereich entfernt, wobei die Isolationsschicht unbeschädigt bleibt. Die Breite des Bereichs ist dabei derart bemessen, dass sichergestellt werden kann, dass der Stanzschnitt in diesem Bereich verläuft und nach erfolgtem Schnitt ein Kurschluss auf Grund eines durch das Stanzen vorhandenen Grates zwischen den beiden gut elektrisch leitenden Schichten sicher ausgeschlossen ist.
In 18 ist ein Heizelement 4 bestehend aus einem Stahlelement (Wärmeleitelement 8) und einem hierauf aufgesiegelten Verbund (Heizleiterschicht 5 und Isolationsschicht 7) vorgesehen. Um einen Kurzschluss zu verhindern, sind die Endbereiche 71 des Verbunds umgeschlagen, wobei die Isolationsschicht 7 außen zu liegen kommt, wodurch die Heizleiterschicht 5, welche auf Masse liegt, in diesen Endbereichen 71 verdeckt wird.
Die einzelnen Heizelemente 4 können mittels Kleben am Wärmetauscher 1 fixiert sein gemäß einem in den 19 bis 21 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist zur Fixierung der Heizelemente 4 am Wärmetauscher 1 ein Kunststoff-Halteelement 81 vorgesehen, welches über den Wärmetauscher 1 geschoben ist und die Fixierung über die Kontaktbleche 82 der Heizelemente 4 ermöglicht. Hierbei clipsen die Kontaktbleche 82 in das Halteelement 81 ein. Zudem wird eine Entlastung der Heizelemente 4 gegen Druck und Zug ermöglicht, da ein Großteil der Kräfte vom Halteelement 81 aufgenommen wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind an den miteinander verbundenen Enden der Heizelemente 4 sind elektrisch gut leitende Strombänder 91 vorgesehen, um die Stromdichte in diesen Bereichen, die nur unwesentlich der Erwärmung der Rippenpakete 3 dienen, zu reduzieren. Die Herstellung kann, wie in 22a dargestellt, mittels durchgehenden Strombändern 91 erfolgen, die anschließend durchtrennt werden. Die An- oder bei entsprechender Ausgestaltung – Einbringung der Strombänder 91, vorliegend gebildet durch flexible Kupferbänder, kann mittels Vernieten, Verlöten, Verkleben, Verpressen oder auf sonstige Weise erfolgen_; wobei die An- oder Einbringung vor oder nach dem Biegen der Heizelemente 4 erfolgen kann. Direkt in eines oder beide Strombänder 91 integriert kann eine Überhitzungssicherung 42 zum Schutz vor Überhitzung integriert sein. Eine Detaildarstellung ist in 23c zu sehen.
In 22b ist ein Stromband 91 dargestellt, das nur teilweise zwischen zwei benachbarte Heizelemente 4 ragt, jedoch den einzigen elektrischen Kontakt zwischen denselben darstellt (Anbringung des Strombandes 91 nach der Umformung). In 22c ragt das Stromband 91 bis ganz in die in Folge der Umformung entstandene Nut hinein (insbesondere bei einer Anbringung des Strombandes 91 vor der Umformung). Die einzelnen benachbarten Heizelemente 4 können überlappende Endbereiche (22d), auf Stoß angeordnete Endbereiche (22e) oder voneinander beanstandete Endbereiche (22f) aufweisen. In 22g ist eine mechanische Fixierung mittels Umformens des Strombandes 91 dargestellt, wobei Material vom Stromband 91 durch Öffnungen in den Heizelementen 4 gedrückt ist. In 22h ist eine gelötete oder geschweißte Verbindung von Stromband 91 und Heizelementen 4 dargestellt. Die Ausgestaltung der Heizelemente 4 entspricht der in 18 dargestellten, d.h. um einen Kurzschluss zu verhindern, sind die Endbereiche 71 des Verbunds (Aluminium-/Isolations-Folie) bestehend aus Heizleiter- und Isolationsschicht 5 bzw. 7 umgeschlagen, wobei die Isolationsschicht 7 außen zu liegen kommt, wodurch die Heizleiterschicht 5, welche auf Masse liegt, in diesen Endbereichen 71 verdeckt wird. Das Stromband 91 (Kupferband) kontaktiert somit ausschließlich das Wärmeleitelement 8 (in 22g und 22h als Stahl-Heizelement bezeichnet).
Zur Verhinderung zu hoher Temperaturen auf dem Heizgitter sind als Schmelzsicherungen ausgebildete Überhitzungssicherungen 42 vorgesehen, vorliegend je Heizregister eine.
In 23a ist die Anbringung eines Heizregisters an einem der beiden Kontaktbleche, welches aus Federstahl besteht, dargestellt, wobei die Anbringung bereits bei der Anbindung des Heizregisters unter Vorspannung und mit Hilfe von niederschmelzendem Lot erfolgt.
23b zeigt eine entsprechende Ausgestaltung der Überhitzungssicherung 42, jedoch in diesem Fall direkt zwischen zwei Heizregistern. 23c zeigt die Verwendung eines Strombandes 91 mit gezielter Querschnittsverringerung, welche als Überhitzungssicherung 42 dient. An der Engstelle wird die Temperatur bei entsprechendem Stromfluss stark erhöht, so dass bei einem zu großen Temperaturanstieg diese Stelle durchschmilzt und den Stromkreis unterbricht.

1: Wärmetauscher
2: Flachrohr
3: Rippenpaket
4: Heizelement
5: Heizleiterschicht, Stromzuführungsschicht
6: Klebeschicht
7: Isolationsschicht, Polymer-PTC-Schicht
8: Wärmeleit- und Schutzschicht
11: Verbindungssteg
12: Hilfs-Verbindungssteg
13: Heizgitter
21: Lücke
31: Kontaktfahne
32: Kontaktleiter
32a: Masseschiene
33: Kontaktfahne
34: Verbindung
41: Fahnen
42: Überhitzungssicherung
51: Lötstelle
61: Versiegelung
71: Endbereich
81: Halteelement
82: Kontaktbleche
91: Stromband

Claims

Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren (2), wobei zumindest einem Teil der Flachrohre (2) ein nach dem Verlöten des Wärmetauschers (1) angebrachtes, elektrisch betriebenes Heizelement (4) als Zusatzheizung zugeordnet ist, das direkt oder indirekt am Wärmetauscher (1) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) zumindest bereichsweise aus mindestens drei unterschiedlichen, großflächig fest miteinander verbundenen Schichten gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) mindestens je eine Heizleiterschicht (5), eine Isolationsschicht (7) und eine Wärmeleit- und Schutzschicht (8) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Heizleiterschicht (5) aufweist, die durch eine Metall-, insbesondere eine Edelstahlschicht, gebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Heizleiterschicht (5) aufweist, die eine Dicke von 0,1 bis 0,25 mm aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Heizleiterschicht (5) aufweist, die elastisch verformbar ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Isolationsschicht (7) aufweist, die durch eine Polymer-, insbesondere eine Polyester-, eine PEN- oder Polyimidschicht gebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Isolationsschicht (7) aufweist, die aus einer isolierenden Folie oder einem Lack gebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Isolationsschicht (7) aufweist, die eine Dicke von 10μm bis 100μm, insbesondere 15μm bis 50μm, aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Wärmeleit- und Schutzschicht (8) aufweist, die durch eine Aluminiumschicht gebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Wärmeleit- und Schutzschicht (8) aufweist, die eine Dicke von 20μm bis 200μm aufweist, insbesondere 50μm bis 100μm.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) eine Klebeschicht (6) und/oder mindestens eine der Schichten (5, 7 und/oder 8) mindestens eine selbstklebende Beschichtung (6) oder eine Heißsiegel-Beschichtung aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) als Heizgitter ausgebildet ist oder eine Mehrzahl von Heizelementen (4) zu einem Heizgitter (13) verbunden sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) auf der Luftabströmseite stirnseitig bezüglich des entsprechenden Flachrohrs und parallel hierzu verlaufend angebracht ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) zumindest bereichsweise zwischen vorstehenden Rippenpaketen (3) aufgenommen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) oder wesentliche Bereiche des Heizelements (4) zumindest teilweise zwischen die vorstehenden Rippenpakete (3) eingeschoben ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Heizleiterschicht (5) mäanderartig ausgebildet ist, wobei einzelne, parallel zueinander verlaufende Heizelemente (4) auf je einer Seite mit jeweils mindestens einem benachbarten Heizelement (4) über Verbindungsstege (11) verbunden sind.
Wärmetauscher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Verbindungssteg (11) eine Überhitzungssicherung vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzungssicherung als eine Lötstelle ausgebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) derart zwischen den Rippenpaketen (3) angeordnet ist, dass benachbart zu den Rippenpaketen (3) die Wärmeleit- und Schutzschicht (8), direkt oder unter Anordnung von einer oder mehreren Zwischenschichten danach die Isolationsschicht (7) und direkt oder unter Anordnung von einer oder mehreren Zwischenschichten die Heizleiterschicht (5) angeordnet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Überhitzungssicherung (42) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Überhitzungssicherung (42) durch eine oder mehrere Lötverbindungen insbesondere zweier benachbarter Heizelemente und/oder durch eine Querschnittsverengung gebildet ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Heizelementen (4) mittels Fahnen (41) mit benachbarten Heizelementen (4) verbunden sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Heizelementen (4) gitterartig angeordnet sind.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiterschicht (5) durch eine Heizplatine, insbesondere Edelstahl-Heizplatine, gebildet ist.
Wärmetauscher nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiterschicht (5) eine langgestreckte rechteckförmige Gestalt mit mindestens zwei Fahnen (41) an den Enden, die sich seitlich in Richtung des benachbarten Heizelements (4) erstrecken, aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Heizleiterschicht (5) eines Heizelements (4) eine kombinierte Isolationsschicht (7) und Wärmeleit- und Schutzschicht (8) angebracht ist, die eine langgestreckte rechteckförmige Gestalt aufweist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens je eine Stromzuführungsschicht (5), eine Polymer-PTC-Schicht (7) und eine Wärmeleit- und Schutzschicht (8) vorgesehen ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand mittels Ausnehmungen einstellbar ist.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Wärmeleitelement (8) ein Verbund mindestens bestehend aus der Heizleiterschicht (5) und der Isolationsschicht (7) aufgesiegelt ist, wobei mindestens ein Endbereiche (71) des Verbunds derart umgeschlagen ist, dass die Isolationsschicht (7) im Endbereich (71) außen liegt.
Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromband (91) vorgesehen ist.
Heizelement zur Verwendung mit einem Wärmetauscher (1) als elektrische Zusatzheizung, gekennzeichnet durch einen Aufbau gemäß einem der Ansprüche 1 bis 30.
Verfahren zur Herstellung eines Heizelements nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Stanz-, Laminier- oder Umformvorgang ein Entgratungsvorgang folgt.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Entgraten mittels einer gepulst angelegten Spannung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung von Puls zu Puls ansteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entgraten ein Versiegeln der Schnittkanten erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines Heizelements nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versiegelung mindestens eines Kantenbereichs erfolgt.