DE102008056083A1

DE102008056083A1 - Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung und Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102008056083A1
Application number: DE102008056083A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brosig; Norbert Ernst; Jörg Kuck
Original assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG; Beru AG
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2008-11-08
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2028-11-09
Also published as: DE102008056083B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung mit den folgenden Schritten: Herstellen eines Gehäuses (3) aus Metall und Einbringen einer Heizeinrichtung mit wenigstens einem PTC-Heizelement (9) in das Gehäuse (3). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gehäuse (3) in einem das wenigstens eine PTC-Heizelement (9) umgebenden Bereich verpresst wird, indem Vertiefungen (8) in das Gehäuse (3) eingeprägt werden. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Heizvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie eine entsprechende Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 5 angegebene Merkmalen wie sie aus der WO 2007/071335 A1 bekannt ist.
Derartige Heizvorrichtungen haben ein Gehäuse aus Metall, in dem eine Heizeinrichtung mit wenigstens einem PTC-Element angeordnet ist. Nach dem Einbringen der Heizeinrichtung wird das Gehäuse verpresst, um eine gute Wärmeankopplung der PTC-Elemente an das Gehäuse zu erzielen. Dieses Verpressen erfordert relativ teure Werkzeuge, die ausreichend hohe Kräfte ausüben können, um das Gehäuse plastisch zu verformen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie sich die Fertigungskosten einer Heizvorrichtung der eingangs genannten Art weiter reduzieren lassen.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Heizvorrichtung mit den im Anspruch 5 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird zum Verpressen der PTC-Heizelemente in dem Metallgehäuse ungleichmäßig auf dessen Oberfläche oberhalb und unterhalb der Flachseiten der PTC-Heizelemente eingewirkt, so dass dort Vertiefungen in das Metallgehäuse eingeprägt werden. Die beim Verpressen auf das Metallgehäuse ausgeübte Kraft ist also senkrecht zu den Flachseiten der PTC-Heizelemente orientiert. Durch das Einprägen von Vertiefungen wird die Heizeinrichtung in dem Gehäuse festgelegt und eine gute Wärmeankopplung zwischen dem oder den PTC-Heizelementen der Heizeinrichtung und dem Gehäuse erzielt. Zum Einprägen der Vertiefungen genügt eine wesentlich geringere Kraft als zum Verpressen bei gleichmäßigem Einwirken auf die gesamte Oberseite des Gehäuses erforderlich wäre. Vorteilhaft kann eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung deshalb mit einem einfacheren und deshalb kostengünstigeren Werkzeug hergestellt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Einprägen von Vertiefungen wird auf das Gehäuse ungleichmäßig Druck ausgeübt. Dies kann dazu führen, dass die keramischen PTC-Heizelemente in dem Gehäuse brechen. Überraschenderweise ist ein solches Brechen der PTC-Heizelemente für das Funktionieren einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung jedoch nicht nachteilig. Die Bruchstücke der PTC-Heizelemente wirken in einem solchen Fall als parallel geschaltete Heizwiderstände, so dass die Funktion der Heizeinrichtung nicht beeinträchtigt wird.
Um ein PTC-Element thermisch an das Gehäuse anzukoppeln, genügt an sich eine einzige eingeprägte Vertiefung auf einer Seite des Gehäuses. Bevorzugt sind in das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung jedoch eine größere Anzahl von Vertiefungen eingeprägt, so dass ein Gehäuse im Bereich jedes PTC-Elements meh rere eingeprägte Vertiefungen aufweist. Bevorzugt ist dabei insbesondere, dass in dem Gehäuse wenigstens eine Vertiefung pro cm² eingeprägt ist, vorzugsweise wenigstens vier Vertiefungen pro cm².
Die eingeprägten Vertiefungen können mehr oder weniger dicht nebeneinander liegen oder auch in einem größeren Abstand voneinander angeordnet sein. Bevorzugt ist, dass benachbarte Vertiefungen in einem Abstand geprägt sind, der kleiner als die Länge des wenigstens einen PTC-Heizelements ist. Noch besser ist es, wenn benachbarte Vertiefungen in einem Abstand geprägt sind, der kleiner als die Breite des wenigstens einen Heizelements ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass das Gehäuse in dem Bereich eines PTC-Heizelements jeweils mehrere Vertiefungen aufweist, vorzugsweise mindestens vier Vertiefungen auf einer Seite. Bevorzugt sind die Vertiefungen gleichmäßig auf einer Seite des Gehäuses verteilt. Unabhängig davon, wo genau in einem Gehäuse ein PTC-Element angeordnet ist, wird so stets eine gute Wärmeankopplung des PTC-Heizelements erreicht. Bevorzugt sind die Vertiefungen in einem regelmäßigen Muster angeordnet. Beispielsweise können die Vertiefungen in mehreren Reihen eingeprägt sein, die zueinander parallel verlaufen.
Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Strangpressprofil-Rohr als Gehäuse verwendet. Geeignete Gehäuse lassen sich jedoch auch auf andere Weise herstellen, beispielsweise durch Druckguss. Als Material für das erfindungsgemäß verwendete Gehäuse wird bevorzugt Aluminium oder eine Aluminiumbasislegierung verwendet. Unter eine Aluminiumbasislegierung wird hier eine überwiegend aus Aluminium bestehende Legierung, also eine Legierung mit mehr als 50 Atom-% Aluminiumanteil verstanden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse einen vierkantigen Innenquerschnitt hat. Bevorzugt ist dabei, dass die Vertiefungen in einem Abstand eingeprägt sind, der höchstens ein Drittel der Breite des vierkantigen Innenquerschnitts des Gehäuses, vorzugsweise höchstens ein Viertel der Breite, beträgt. Auf diese Weise kann eine vorteilhaft große Anzahl von Vertiefungen eingeprägt und eine besonders gute thermische Ankopplung der PTC-Heizelemente erreicht werden.
Die in dem Gehäuse angeordnete Heizeinrichtung weist bevorzugt ein gegenüber dem Gehäuse elektrisches isoliertes Kontaktblech auf, an dem das wenigstens eine PTC-Element anliegt und das parallel zu der mit den eingeprägten Vertiefungen versehen Oberfläche des Rohrs angeordnet ist. Auf diese Weise wird beim Einprägen der Vertiefungen ein Verpressen des Gehäuses bewirkt, das ein flächiges Anliegen des Kontaktblechs an den PTC-Heizelementen bewirkt. Eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann mit einem einzigen derartigen Kontaktblech ausgestattet sein, das zum Betreiben der Heizeinrichtung auf Potential gelegt wird. Ein Masseanschluss kann über das Gehäuse oder über ein zweites Kontaktblech bewirkt werden.
Ein erfindungsgemäßes Gehäuse kann auf gegenüberliegenden Seiten eingeprägte Vertiefungen aufweisen. Bevorzugt ist es aber, nur auf einer Seite Vertiefungen einzuprägen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Strangpressprofil beim Einprägen der Vertiefungen auf eine flache Unterlage gelegt und mit einem konturierten Presswerkzeug gepresst wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
2a eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
2b eine Schnittansicht zu 2a entlang der Schnittlinie AA;
2c eine Schnittansicht zu 2a entlang der Schnittlinie CC;
2d eine Vergrößerung des Ausschnitt B der 2a; und
2e eine Vergrößerung des Ausschnitts D der 2c.
Die in den Figuren dargestellten Heizvorrichtungen haben ein von einem Strangpressprofil gebildetes Wärmeabgabepaneel 1, das quer zur Strangpressrichtung verlaufende Öffnungen 2 aufweist, die von einem zu erwärmenden Fluid durchströmbar sind. Das Strangpressprofil 1 ist beispielsweise aus Aluminium und weist mehrere, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei, in Strangpressrichtung verlaufende Strangpressprofil-Rohre 3 mit vierkantigem Innenquerschnitt sowie parallel zu den Rohren 3 verlaufende Wärmeabgaberippen 4 auf.
Die Strangpressprofil-Rohre 3 bilden Gehäuse der dargestellten Heizvorrichtung. In den Strangpressprofil-Rohren 3 ist nämlich jeweils eine Heizeinrichtung mit mehreren plattenförmigen PTC-Heizelementen 9 aus einer PTC-Keramik, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat, angeordnet. Die PTC-Heizelemente 9 liegen an einem elektrisch gegenüber dem Strangpressprofil isolierten Kontaktblech 10 an, das von einer Isolationsschicht 11 bedeckt ist und aus dem Rohr 3 heraus in einen auf einer Stirnseite des Wärmeabgabepaneels 1 sitzenden Anschlussaufsatz 5 hineinragt. Die Kontaktbleche 10 sind in den Rohren 3 ebenso wie die PTC-Heizelemente parallel zu einer Basisplatte 9 des Strangpressprofils 1 angeordnet, in der die durchströmbaren Öffnungen 2 sind.
An seiner gegenüberliegenden Stirnseite ist das Wärmeabgabepaneel 1 mit einer Halterung 6 für den Einbau der Heizvorrichtung in ein Fahrzeug versehen. Die Halterung 6 kann klemmend an dem Wärmeabgabepaneel 1 befestigt werden und hat einen oder mehrere Zapfen 7, die in dafür vorgesehene Montageöffnungen eines Fahrzeugs eingreifen.
Zum Herstellen der dargestellten Heizvorrichtung wird zunächst ein Strangpressprofil hergestellt, das eine Basisplatte 12 und wenigstens ein mit der Platte 12 verbundenes Rohr 3 mit vierkantigem Innenquerschnitt aufweist. In der Platte 12 werden durchströmbare Öffnungen 2 erzeugt, beispielsweise durch Ausstanzen. In das Rohr 3 wird eine Heizeinrichtung mit wenigstens einem PTC-Element eingebracht. Dies kann vor oder nach dem Erzeugen der durchströmbaren Öffnungen 2 geschehen. Nach dem Einbringen der Heizeinrichtung mit den PTC-Heizelementen 9 wird das Rohr 3 oberhalb und unterhalb der Flachseiten der PTC-Heizelemente 9 verpresst und dabei plastisch verformt, indem senkrecht zu den Flachseiten der PTC-Heizelemente 9 auf das Rohr 3 eingewirkt wird. Dadurch werden die Heizeinrichtungen mit den PTC-Elementen 9 in den Rohren 3 festgelegt und eine gute thermische Ankopplung der PTC-Heizelemente 9 an das Strangpressprofil bewirkt.
Das Verpressen geschieht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass nur auf einen Teil der Oberfläche des Strangpressprofil-Rohrs 3 eingewirkt wird, so dass dort in einem das wenigstens eine PTC-Heizelement 9 umgebenden Bereich Vertiefungen 8 in die Rohre 3 eingeprägt werden. Beim Verpressen wird also nur auf definierte Presszonen an der parallel zur Basisplatte 12 verlaufenden Oberseite des Strangpressprofil-Rohres 3 eingewirkt, so dass in diesen Presszonen Vertiefungen 8 entstehen. Auf diese Weise lässt sich mit geringerem Kraftaufwand eine plastische Verformung der Rohre 3 erzeugen, so dass die PTC-Heizelemente 9 in den Rohren 3 festgeklemmt werden. Bevorzugt werden die Rohre 3 dabei so verpresst, dass die Innenseite einer Wand, in welche die Vertiefungen 8 eingeprägt werden, eine glatte Innenfläche behält. Auf diese Weise wird eine sehr gute Wärmeankopplung des wenigstens einen PTC-Heizelements 9 an das betreffende Rohr 3 erreicht.
Die Vertiefungen werden in einem Abstand geprägt, der kleiner als die Länge, vorzugsweise auch kleiner als die Breite der PTC-Elemente 9 ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Strangpressprofil-Rohre 3 im Bereich jedes PTC-Elements 9 jeweils mindestens eine, insbesondere mehrere Vertiefungen 8 aufweisen.
Die beiden in 1 bzw. in den 2a bis 2e dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich lediglich in der Anordnung der eingeprägten Vertiefungen 8. Jedes der in 1 dargestellten Strangpressprofilrohre 3 hat nämlich auf seiner Oberseite vier Reihen von Vertiefungen, während bei dem in den 2a bis 2e dargestellten Ausführungsbeispiel jedes Rohr 3 auf seiner Oberfläche nur zwei Reihen von Vertiefungen aufweist.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist zwischen den einzelnen Vertiefungen 8 jeweils ein deutlicher Abstand zu erkennen. Dies ist zwar vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt erforderlich. Die einzelnen Vertiefungen 8 können auch dicht nebeneinander angeordnet sein. Wie 1 zeigt, sind auf dem Rohr 3 quer zu seiner Längsrichtung mehrere Vertiefungen 8 nebeneinander angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind nämlich vier Reihen von Vertiefungen 8 nebeneinander auf dem Strangpressprofil-Rohr 3 zu sehen. Die Vertiefungen 8 sind folglich in einem Abstand geprägt, der weniger als ein Viertel der Breite des vierkantigen Innenquerschnitts der Rohre 3 beträgt. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind etwa 16 Vertiefungen pro Quadratzentimeter in die Rohre 3 eingeprägt.
Bevorzugt haben die Vertiefungen 8 die Form eines spitzen Körpers, beispielsweise die Form einer Pyramide oder eines Kegels. Derartige Verformungen des Strangpressprofil-Rohrs 3 lassen sich mit einem Presswerkzeug, das entsprechende Spitzen aufweist, mit vorteilhaft geringer Presskraft erzeugen.

1: Wärmeabgabepaneel
2: Öffnungen
3: Gehäuse
4: Wärmeabgaberippen
5: Anschlussaufsatz
6: Halterung
7: Zapfen
8: Eingeprägte Vertiefungen
9: PTC-Heizelement
10: Kontaktblech
11: Isolationsschicht
12: Basisplatte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/071335 A1 [0001]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung mit den folgenden Schritten: – Herstellen eines Gehäuses (3) aus Metall, – Einbringen einer Heizeinrichtung mit wenigstens einem PTC-Heizelement (9) in das Gehäuse (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) in einem das wenigstens eine PTC-Heizelement (9) umgebenden Bereich verpresst wird, indem Vertiefungen (8) in das Gehäuse (3) eingeprägt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Aluminium oder eine Aluminiumbasislegierung ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) zwei parallele Innenflächen aufweist, zwischen denen das wenigstens eine PTC-Element (9) verpresst ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) senkrecht zu den Flachseiten der PTC-Elemente verpresst ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) eine Wärmeabgabeplatte aufweist, und dass vor oder nach dem Einbringen der Heizeinrichtung Öffnungen (2) in der Platte hergestellt werden.
Heizvorrichtung mit wenigstens einem Gehäuse (3), in dem eine Heizeinrichtung mit wenigstens einem PTC-Heizelement (9) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (3) in einem das wenigstens eine PTC-Heizelement (9) umgebenden Bereich verpresst ist, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (3) in dem das wenigstens einen PTC-Heizelement (9) umgebenden Bereich Vertiefungen (8) eingeprägt sind.
Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Vertiefungen (8) in einem Abstand geprägt sind, der kleiner als die Länge des wenigstens einen PTC-Heizelements (9) ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Vertiefungen (8) in einem Abstand geprägt sind, der kleiner als die Breite des wenigstens einen PTC-Heizelements (9) ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) einen vierkantigen Innenquerschnitt hat.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) ein Strangpressprofil-Rohr (3) ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Strangpressprofil-Rohr (3) quer zu seiner Längsrichtung mehrere Vertiefungen (8) nebeneinander angeordnet sind.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (8) in einem Abstand eingeprägt sind, der höchstens ein Drittel der Breite eines vierkantigen Innenquerschnitts des Gehäuses (3), vorzugsweise höchstens ein Viertel der Breite des vierkantigen Innenquerschnitts des Gehäuses (3), beträgt.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (8) in mehreren Reihen eingeprägt sind, die zueinander parallel verlaufen.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (3) wenigstens eine Vertiefung (8) pro Quadratzentimeter eingeprägt ist, vorzugsweise wenigstens vier Vertiefungen (8) pro Quadratzentimeter eingeprägt sind.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (3) wenigstens vier Vertiefungen pro PTC-Element (9) eingeprägt sind.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung ein gegenüber dem Gehäuse (3) elektrisch isoliertes Kontaktblech (10) aufweist, an dem das wenigstens eine PTC-Element (9) anliegt und das parallel zu der mit eingeprägten Vertiefungen (8) versehenen Oberfläche des Gehäuses (3) angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine PTC-Heizelement (9) plattenförmig ist und parallel zu der mit eingeprägten Vertiefungen (8) versehenen Oberfläche des Gehäuses (3) angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (8) gleichmäßig auf einer Seite des Gehäuses (3) verteilt sind.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Gehäuse (3) ein Wärmeabgabepaneel (1) trägt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass Gehäuse (3) und das Wärmeabgabepaneel (1) von einem Strangpressprofil gebildet sind, das quer zur Strangpressrichtung verlaufende Öffnungen (2) aufweist, die von einem zu erwärmenden Fluid durchströmbar sind.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen die (8) Form eines spitzen Körpers haben.
Heizvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (8) pyramiden- oder kegelförmig sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) an der wenigstens einen Seite, die Vertiefungen (8) aufweist, eine glatte Innenfläche hat.