DE102009012983A1

DE102009012983A1 - Flüssigkeitsgeschützte Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102009012983A1
Application number: DE102009012983A
Authority: DE
Inventors: Roland Starck
Original assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Beschrieben wird eine Heizvorrichtung (1) mit einem Metallgehäuse (5), in dem wenigstens ein PTC-Element (6) angeordnet ist, wobei das Metallgehäuse (5) mit einem spritzgegossenen Kunststoffmantel (3) umspritzt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich zwischen dem Kunststoffmantel (3) und dem Metallgehäuse (5) ein flüssiger Film aus Silikonöl befindet. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Heizvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgeschützte Heizvorrichtung mit einem von einem Kunststoffmantel umgebenen Metallgehäuse, in dem ein PTC-Heizelement angeordnet ist. Solche elektrischen Heizvorrichtungen werden in Kraftfahrzeugen zum Erwärmen von Flüssigkeiten benötigt.
Heizvorrichtungen, die in wässrige Flüssigkeiten eintauchen, müssen vor Flüssigkeitseinwirkung geschützt sein. Dies gilt insbesondere für Heizvorrichtungen zur Erwärmung korrosiver Flüssigkeiten wie Harnstofflösung. Bei Kraftfahrzeugen müssen aber auch Heizvorrichten, die nicht in zu erwärmende Flüssigkeiten eintauchen, sondern beispielsweise außen an einem flüssigkeitsdurchströmten Rohr angebracht sind, zumindest spritzwasserfest sein und müssen folglich ebenfalls vor Flüssigkeitseinwirkung geschützt werden.
Heizvorrichtungen mit einem Metallgehäuse können durch einen Kunststoffmantel, der in einem Spritzgussverfahren aufgebracht wird, vor Flüssigkeiten geschützt werden. Allerdings sind damit sehr hohe Kosten verbunden, nicht zuletzt für die Herstellung eines Spritzgusswerkzeuges.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Weg aufzuzeigen, wie Heizvorrichtungen, beispielsweise für Kraftfahrzeuge, besser vor schädlichen Flüssigkeiten geschützt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Durch einen Film aus Silikonöl kann das Metallgehäuse einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung selbst bei einem undichten Kunststoffmantel vor Flüssigkeitseinwirkung geschützt werden. Bei Heizvorrichtungen, die in eine sehr korrosive Flüssigkeit wie beispielsweise Harnstofflösung eintauchen, kann durch einen Film aus Silikonöl eine zusätzliche Sicherheit gewonnen werden. Die Erfindung kann aber auch mit großem Vorteil für Heizvorrichtungen genutzt werden, für die lediglich ein Spritzwasserschutz benötigt wird.
Anstatt nämlich mit großem Aufwand einen flüssigkeitsdichten Kunststoffmantel zu erzeugen, können bei der vorliegenden Erfindung Lücken des Kunststoffmantels, durch die zu erwärmende Flüssigkeit eindringen kann, in Kauf genommen werden. Ein undichter Kunststoffmantel kann mit einem wesentlich einfacheren Spritzgusswerkzeug hergestellt werden, da beispielsweise Schieberöffnungen während des Umspritzprozesses verbleiben können. Ein undichter Kunststoffmantel kann ein kostengünstiges Gehäuse bilden, wobei durch einfache Maßnahmen, nämlich ein Film aus Silikonöl zwischen dem Metallgehäuse und dem Kunststoffmantel, dennoch Schäden durch Flüssigkeitseinwirkung verhindert werden können.
Nach dem Umspritzen des Metallgehäuses kann Silikonöl in Lücken des Kunststoffmantels getropft werden. Kapillarkräfte führen dazu, dass das Silikonöl zwischen den Kunststoffmantel und das Metallgehäuse eindringt und einen dünnen Film ausbildet, der das Metallgehäuse vor wässrigen Flüssigkeiten, beispielsweise Harnstofflösung, schützt. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft deshalb die Verwendung von Silikonöl zum Schutz einer von einem Kunststoffmantel umgebenen Heizvorrichtung.
Im Allgemeinen wird das Metallgehäuse umso besser von einem flüssigen Film aus Silikonöl überzogen, je dünnflüssiger das Silikonöl ist. Bevorzugt wird deshalb Silikonöl verwendet, das bei 25°C eine kinematische Viskosität von höchstens 100 mm²/s, vorzugsweise höchstens 50 mm²/s, insbesondere höchstens 20 mm²/s hat. Derartig dünnflüssiges Silikonöl kann bei Raumtemperatur in Lücken des Kunststoffmantels eingefüllt werden. Um die Viskosität des Silikonöls zu senken, kann dieses jedoch auch bei erhöhten Temperaturen eingebracht werden.
Bevorzugt ist das Silikonöl ein lineares Polysiloxan. Lineare Polysiloxane haben eine vorteilhaft geringe Viskosität und eine geringe Oberflächenspannung. Gut geeignet sind insbesondere Polydimethylsiloxane. Es können beispielsweise auch FluorSilikone verwendet werden
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
2 die in 1 gezeigte Heizvorrichtung ohne Kunststoffmantel;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung; und
4 die in 4 gezeigte Heizvorrichtung ohne Kunststoffmantel.
1 zeigt eine Heizvorrichtung 1, die an der Außenseite eines Rohres 2 befestigt ist. Die Heizvorrichtung 1 hat einen durch Spritzgießen erzeugten Kunststoffmantel 3, aus dem elektrische Anschlüsse 4a, 4b herausragen. Der Kunststoffmantel 3 umgibt ein in 2 gezeigtes Metallgehäuse 5 und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch das Rohr 2. In dem Metallgehäuse 5 ist ein PTC-Element 6 verpresst, also ein elektrisches Heizelement, dessen Widerstand bei einer kritischen Temperatur sprunghaft ansteigt. Das PTC-Element 6 kann beispielsweise eine Keramik auf Basis von Bariumtitanat sein.
Beim Umspritzen des Metallgehäuses 5 bleiben in dem dabei gebildeten Kunststoffmantel 3 Schieberöffnungen 7 offen, durch die Spritzwasser eindringen und Schaden anrichten kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind darüber hinaus auch noch Umspritzungsränder offen, die jedoch bei anderen Anwendungen fehlen können. Insbesondere das PTC-Heizelement 6 kann durch Kontakt mit Spritzwasser beschädigt oder sogar zerstört werden. Der spritzgegossene Kunststoffmantel 3 bildet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel also ein Kunststoffgehäuse, durch welches das Metallgehäuse 5 und das PTC-Element 6 nur unvollständig vor Flüssigkeit geschützt sind.
Bei der dargestellten Heizvorrichtung 1 befindet sich deshalb zwischen dem Kunststoffmantel 3 und dem Metallgehäuse 5 ein flüssiger Film aus Silikonöl, der das Metallgehäuse 5 und das PTC-Element 6 umgibt und vor eventuell eindringendem Spritzwasser schützt. Freiliegende Flächen des PTC-Elements 6, beispielsweise Seitenflächen, werden von dem Film aus Silikonöl ebenso wie andere zugänglichen Komponenten im Inneren des Metallgehäuses 5 benetzt. Alle für eventuell eindringende Flüssigkeit zugänglichen Oberflächen im Inneren der Heizvorrichtung 1 sind auch für das Silikonöl zugänglich und werden folglich von diesem bedeckt, so dass die Heizvorrichtung 1 vollständig vor Flüssigkeitseinwirkung geschützt wird.
Das Silikonöl kann beispielsweise am Rand des Kunststoffmantels 3 auf das Rohr 2 und/oder in Lücken oder Öffnungen 7 des Kunststoffmantels 3 getropft werden. Durch zwischen dem Kunststoffmantel 3 und dem Rohr 2 bzw. zwischen dem Kunststoffmantel 3 und dem Metallgehäuse 5 wirkende Kapillarkräfte wird das Silikonöl dann unter den Kunststoffmantel 3 gesaugt, und benetzt das Metallgehäuse 5 und das PTC-Element 6.
Das Silikonöl ist bevorzugt ein dünnflüssiges Silikonöl, damit es sich möglichst gut und schnell unter dem Kunststoffmantel 3 verteilt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wurde ein Silikonöl verwendet, das bei 25°C eine kinematische Viskosität von weniger als 15 mm²/s, beispielsweise 7 bis 12 mm²/s, aufweist. Prinzipiell können jedoch auch Silikonöle mit einer höheren Viskosität verwendet werden, insbesondere wenn das Silikonöl bei einer erhöhten Temperatur aufgebracht wird. Bevorzugt handelt es sich bei dem Silikonöl um ein lineares Polydimethylsiloxan.
Der Kunststoffmantel 3 der Heizvorrichtung 1 kann beispielsweise aus einem Polyamid gefertigt sein. Besonders bevorzugt ist das Polyamid ein Polyphthalamid. Polyphthalamide haben den Vorteil, sich bei einem Spritzgießverfahren sehr maßgenau verarbeiten zu lassen. Zudem haben Polyphthalamide ebenso wie andere Polyamide eine hohe Temperaturbeständigkeit und sind chemisch resistent.
Das Metallgehäuse 5 kann beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder einem anderen gut leitenden metallischen Material gefertigt werden. Das Metallgehäuse 5 ist an dem Rohr 2 bevorzugt stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen befestigt. Entsprechende Schweißpunkte 8 sind in 1 dargestellt. Das Metallgehäuse 5 kann beispielsweise als Druckgussteil oder als Strangpressteil hergestellt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 1, das im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel in eine zu erwärmende Flüssigkeit, beispielsweise Harnstofflösung, eingetaucht wird, ist in 3 mit einem Kunststoffmantel 3 und in 4 ohne Kunststoffmantel dargestellt.
Da diese Heizvorrichtung bestimmungemäß von der zu erwärmenden Flüssigkeit umspült wird, sind an den Flüssigkeitsschutz des Metallgehäuses 5 und der darin angeordneten PTC-Elemente 6 hohe Anforderungen zu stellen. Bevorzugt umschließt deshalb der Kunststoffmantel 3 das Metallgehäuse 5 der in 3 dargestellten Heizvorrichtung 1 dicht. Ein auf das Metallgehäuse 5 aufgebrachter Film aus Silikonöl bewirkt einen wertvollen zusätzlichen Schutz und kann bei eventuell auftretenden Schäden des Kunststoffmantels 3 oder einer fehlerhaften Abdichtung der Anschlüsse 4a, 4b einen Ausfall der Heizvorrichtung 1 zumindest verzögern, im Idealfall sogar verhindern.
Abgesehen von dem Silikonölfilm kann die dargestellte Heizvorrichtung in ihren konstruktiven Details den in der DE 10 2005 036 430 A1 beschriebenen Aufbau haben, auf die diesbezüglich verwiesen wird.
Das Metallgehäuse 5 der Heizvorrichtung 1 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Strangpressprofil, das in zwei seitlichen Taschen jeweils ein PTC-Element 6 enthält. Die PTC-Elemente 6 werden zusammen mit Anschlussleitungen 4a, 4b von einem Kunststoffrahmen 9 gehalten, der zusammen mit dem Metallgehäuse 5 von dem Kunststoffmantel 3 umspritzt ist.
Der Kunststoffmantel 3 bildet bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Kunststoffgehäuse, das eine Hülse 10 für einen Temperatursensor und ein Ansaugrohr 11 ausbildet. Das Ansaugrohr 11 wird bestimmungsgemäß an eine Versorgungsleitung angeschlossen, so dass über das Ansaugrohr 11 Flüssigkeit aus einem Tank, in dem die Heizvorrichtung 1 eingebaut ist, abgepumpt werden kann.

1: Heizvorrichtung
2: Rohr
3: Kunststoffmantel
4a: Anschluss
4b: Anschluss
5: Metallgehäuse
6: PTC-Element
7: Öffnungen des Kunststoffmantels
8: Schweißpunkt
9: Kunststoffrahmen
10: Hülse
11: Ansaugrohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005036430 A1 [0025]

Claims

Heizvorrichtung mit einem Metallgehäuse, in dem wenigstens ein PTC-Element (6) angeordnet ist, wobei das Metallgehäuse (5) mit einem spritzgegossenen Kunststoffmantel (3) umspritzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Kunststoffmantel (3) und dem Metallgehäuse (5) ein flüssiger Film aus Silikonöl befindet.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonöl bei 20°C eine kinematische Viskosität von höchstens 100 mm²/s, vorzugsweise höchstens 50 mm²/s, insbesondere höchstens 20 mm²/s, hat.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonöl ein lineares Silioxan ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Silikonöl ein Polymethylsiloxan ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffmantel (3) wegen mehrerer Lücken, durch die eine zu erwärmende Flüssigkeit eindringen kann, undicht ist
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse (5) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffmantel (3) aus Polyamid ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamid ein Polyphthalamid ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Film aus Silikonöl wenigsten eine Seitenfläche des PTC-Elements (6) bedeckt.
Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung, wobei ein Metallgehäuse (5), in dem wenigstens ein PTC-Heizelement (6) angeordnet ist, mit Kunststoff umspritzt wird, so dass ein Kunststoffmantel (3) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallgehäuse (5) mit einem flüssiger Film aus Silikonöl umgeben wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Film nach dem Umspritzen des Metallgehäuses (5) auf das Metallgehäuse (5) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Film durch Einbringen von flüssigem Silikonöl in eine Öffnung des Kunststoffmantels (7) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Film elektrische Komponenten im Inneren des Metallgehäuses (5), insbesondere das PTC-Element (6) bedeckt.
Verwendung von Silikonöl zum Schutz einer von einem Kunststoffmantel (3) umgebenen Heizvorrichtung (1).