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Die
Erfindung betrifft eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung für ein Bauteil,
insbesondere eines Kraftwagens, der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren
zur Herstellung einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung für ein Bauteil,
insbesondere eines Kraftwagens, der im Oberbegriff des Patentanspruchs
9 angegebenen Art.
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Es
existieren unterschiedliche Ausführungen von
Heizelementen bzw. von Kühleinrichtungen,
um verschiedene Bereiche von zu erwärmenden bzw. zu kühlenden
Bauteilen eines Kraftwagens zu wärmen bzw.
zu kühlen.
Im Stand der Technik werden hierfür meistens Leiterbahnen, Matten,
Heizwendel (Tauchsieder), oder auch Peltierelemente in flächiger,
zweidimensionaler Ausführung
benutzt. Nachteilig ist, dass in manchen Fällen der konventionelle Einsatz starrer
Heiz- oder Regelelemente durch zu wenig vorhandenen Bauraum beeinträchtigt oder
sogar ganz unmöglich
ist. In anderen Fällen
beeinträchtigen
die verwendeten Heiz- bzw. Kühlelemente
eine optimale Funktion, da Strömungskanäle, Oberflächen oder ähnliche
Funktionsflächen,
die günstiger Weise
weitesgehend freigehalten werden sollten, verbaut sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung
für ein
Bauteil, insbesondere eines Kraftwagens, der eingangs genannten
Art zur Verfügung
zu stellen, durch welche Bauteile besser und platzsparender beheizbar und/oder
kühlbar
sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Heiz- und/oder Kühleinrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird außerdem durch
ein Verfahren zur Herstellung einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung
für ein
Bauteil, insbesondere eines Kraftwagens, mit den Merkmalen des Patentanspruchs
9 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und
nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um
eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung
für ein
Bauteil, insbesondere eines Kraftwagens, bereit zu stellen, ist
es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass zumindest ein Teilbereich des Leitelements außerhalb
einer Haupterstreckungsfläche
des Leitelements angeordnet und in seiner Form an eine korrespondierende
Kontur des Bauteils angepasst ist. Hierdurch kann das Leitelement
bauraumsparend und einfach an zu erwärmende und/oder zu kühlende Bereiche
eines Bauteils herangeführt
werden, selbst wenn der entsprechende Teilbereich des Bauteils aufgrund
behindernder Strukturen schwer zugänglich ist.
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In
weiterer Ausgestaltung ist es dabei vorteilhaft, dass zumindest
ein Teilbereich des Leitelements innerhalb des Bauteils verläuft. Somit
ist es möglich,
das Leitelement und gegebenenfalls sogar die ganze Heiz- und/oder
Kühleinrichtung
in das Bauteil zu integrieren und somit sehr gut Bauraum zu sparen.
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Wenn
das Leitelement zumindest im Wesentlichen aus einem keramischen
Werkstoff gebildet ist, kann in einem thermischen Spritzverfahren
sehr einfach die jeweilige Anpassung des Leitelements in seiner
Form an eine korrespondierende Kontur des Bauteils durchgeführt werden.
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In
einer ersten Alternative leitet das Leitelement gegebenenfalls einen
von einer Spannungsquelle beaufschlagten elektrischen Strom unter
Freisetzung von Wärme.
Somit ist das Leitelement gleichzeitig die Heizeinrichtung, in der
die Wärme entsteht.
Die Wärme
wird also direkt an dem Ort erzeugt, zu dem sie mittels des Leitelements
gelangen soll.
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In
einer zweiten Alternative ist das Leitelement zur Aufnahme eines
Wärmestroms
und/oder eines Kältestroms
an einem Peltierelement angeordnet. Hierdurch kann ein Peltierelement
durch die spezifische Formanpassung des die Wärme und/oder Kälte leitenden
Leitelements an das zu erwärmende und/oder
zu kühlende
Bauteil sehr gut an dem Bauteil angeordnet werden, ohne Bauraum
zu verbrauchen. Eine Anordnung von Peltierelementen ist nun auch auf
nicht flächigen,
mit behindernden Strukturen versehenen zu erwärmenden und/oder zu kühlenden Oberflächen ermöglicht.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Heiz- und/oder Kühleinrichtung
wenigstens eine Schicht zum zumindest abschnittsweisen Isolieren
des Leitelements. Auf diese Weise kann gegebenenfalls eine elektrische
und/oder thermische Isolierung dort erreicht werden, wo sie auf
Grund spezifischer Anforderungen des Bauteils und/oder des Leitelements
erforderlich ist.
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Wenn
die Heiz- und/oder Kühleinrichtung eine
weitere Schicht umfasst, welche als Schutzschicht zum zumindest
abschnittsweisen Schützen des
Leitelements ausgebildet ist, ist das Leitelement weniger leicht
in seiner Funktion beschädigbar.
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In
weiterer Ausgestaltung umfasst die Heiz- und/oder Kühleinrichtung
eine weitere Schicht, welche zumindest abschnittsweise als Zwischenschicht zwischen
dem Bauteil und dem Leitelement ausgebildet ist. Solche Zwischenschichten
sind teilweise notwendig, um spezifischen Anforderungen an die Erwärmung und/oder
die Abkühlung
des Bereichs des Bauteils in sehr guter Weise zu erreichen.
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Die
Erfindung stellt des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung einer
Heiz- und/oder Kühleinrichtung
für ein
Bauteil, insbesondere eines Kraftwagens, der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 9 angegebenen Art bereit, bei dem zumindest ein
Teilbereich des Leitelements außerhalb
einer Haupterstreckungsfläche
des Leitelements angeordnet und in seiner Form an eine korrespondierende
Kontur des Bauteils angepasst wird. Hierdurch ist mittels des Leitelements
in sehr guter Weise eine Erwärmung und/oder
Kühlung
des jeweiligen Bereichs des Bauteils ermöglicht.
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Vorteilhafter
Weise wird das Leitelement in einem Spritzverfahren erzeugt. Die
jeweiligen Anpassungen an korrespondierende Konturen des Bauteils können hierdurch
in sehr guter Weise und kostensparend gewährleistet werden.
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Wenn
das Leitelement dabei aus einem keramischen Werkstoff gebildet wird,
werden sowohl Wärme
als auch Kühle
durch das Leitelement optimal an zu erwärmende bzw. zu kühlende Bereiche
eines Bauteils geleitet.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
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1 eine
seitliche Schnittansicht auf eine Heizeinrichtung für ein Bauteil,
insbesondere eines Kräftwagens,
mit wenigstens einem in einem Spritverfahren hergestellten Leitelement
zum Leiten von Wärme
zu wenigstens einem zu erwärmenden
Bereich eines Bauteils eines Kraftwagens, wobei zumindest ein Teilbereich
des Leitelements außerhalb
einer Haupterstreckungsfläche
des Leitelements angeordnet und in seiner Form an eine korrespondierende Kontur
des Bauteils angepasst ist;
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2 einen
Querschnitt entlang einer Linie A-A' der Heizeinrichtung für ein Bauteil,
insbesondere eines Kraftwagens, aus 1, mit wenigstens
einem in einem Spritzverfahren hergestellten Leitelement zum Leiten
von Wärme
zu wenigstens einem zu erwärmenden
Bereich des Bauteils eines Kraftfahrzeugs, wobei zumindest ein Teilbereich
des Leitelements außerhalb
einer Haupterstreckungsfläche
des Leitelements angeordnet und in seiner Form an eine korrespondierende
Kontur des Bauteils angepasst ist;
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3 eine
seitliche Schnittansicht auf eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung
für ein
Bauteil, insbesondere eines Kraftwagens, mit wenigstens einem in einem
Spritzverfahren hergestellten Leitelement zum Leiten von Wärme und/oder
Kälte zu
wenigstens einem zu erwärmenden
und/oder zu kühlenden
Bereich des Bauteils eines Kraftfahrzeugs, wobei zumindest ein Teilbereich
des Leitelements außerhalb einer
Haupterstreckungsfläche
des Leitelements angeordnet und in seiner Form an eine korrespondierende
Kontur des Bauteils angepasst ist, wobei das Leitelement zur Aufnahme
eines Wärmestroms und/oder
eines Kältestroms
an einem Peltierelement angeordnet ist.
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In 1 ist
eine Heizeinrichtung 10 für ein Bauteil 12 eines
Kraftfahrzeug dargestellt. Die Heizeinrichtung 10 umfasst
ein Leitelement 14 zum Leiten von Wärme zu zu erwärmenden
Bereichen 16 des Bauteils 12. Die in 1 gezeigten,
zu erwärmenden Bereiche 16 sollen
dabei nur beispielhaft sein. Prinzipiell ist das Bauteil 12 überall dort
erwärmbar,
wo das Leitelement 14 der Heizeinrichtung 10 angeordnet ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist das Leitelement 14 als Heizleiterbahn 18 ausgebildet.
In 1 ist die Haupterstreckungsfläche 26 der Heizleiterbahn 18 gezeigt,
welche vorliegend der Fläche
der Zeichenebene entspricht. Die Heizleiterbahn 18 umfasst
zwei elektrische Anschlüsse 20,
die an einer in 1 nicht dargestellten Spannungsquelle
anschließbar
sind. Mittels der Spannungsquelle wird dann ein Strom angelegt,
der durch die Heizleiterbahn 18 fließt. Hierfür ist die Heizleiterbahn 18 aus
einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel handelt
es sich um eine elektrisch leitende Keramik. Hierfür wird ein elektrisch
leitender keramischer Werkstoff einfach in einem thermischen Spritzverfahren
zur Herstellung der Heizleiterbahn 18 gespritzt.
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Das
Bauteil 12 weist Rippen 22 auf, welche eine rechteckige
Kontur 24 aufweisen. Die Rippen 22 können prinzipiell
alle möglichen
anderen Konturen aufweisen, außerdem
können
anstelle von Rippen auch Hinterschnitte, Aussteifungen, Vertiefungen, Durchführungen
oder Konkavverformgebungen und/oder ähnliches im Bauteil 12 angeordnet
sein.
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In 2 ist
eine seitliche Ansicht durch einen Querschnitt entlang der Linie
A-A' durch das Bauteil 12 in 1 dargestellt.
Dabei wird offensichtlich, wie das Leitelement 14 um die
Rippen 22 herumgeführt und
somit an die rechteckige Kontur 24 der Rippen 22 angepasst
ist. Hierfür
werden Teilbereiche 27 des Leitelements 14 nicht
mehr in dessen Haupterstreckungsfläche 26 geführt. Dem
hingegen ist es an den Rippen 22 in einer dritten Raumdimension
derart angeordnet, dass es zum Leiten der Wärme um die Rippen 22 herum
in seiner Form sehr gut an die rechteckige Kontur 24 angepasst
ist. Hierdurch ist es ermöglicht,
dass das Leitelement 14 sogar durchgehend in dem Bauteil 12 verläuft. Im
Querschnitt in 2 erkennt man außerdem weitere
Teilbereiche 28 des Leitelements 14, welche innerhalb
der in 1 dargestellten Haupterstreckungsfläche 26 verlaufen.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist zwischen dem Bauteil 12 und der Heizleiterbahn 18 eine Zwischenschicht 30 und
eine Schicht 32 zum Isolieren der Heizleiterbahn 18 angebracht.
Diese Zwischenschicht 30 und die weitere Schicht 32 sind
jedoch optional, sie können
je nach Bedarf in der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung 10 angeordnet
sein, oder auch nicht. Des Weiteren ist eine Schutzschicht 34 dargestellt,
welche die Heizleiterbahn 18 auf einer vom Bauteil 12 abgewandten
Seite vor Abnutzung schützt
und gleichzeitig evtl. auf dieser von dem zu erwärmenden Bauteil 12 abgewandten
Seite der Heizleiterbahn 18 befindliche Strukturen schützt.
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In 3 ist
ein Peltierelement 36 dargestellt, welches als Heizeinrichtung 10 und/oder
Kühleinrichtung 38 für das Bauteil 12, 12' fungiert. Das
Peltierelement 36 funktioniert dabei in an sich bekannter Weise.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind acht Quader 40 aus P- bzw. N-dotiertem Leitermaterial
abwechselnd an einer Oberseite 42 und einer Unterseite 44 durch
Metallbrücken 46 verbunden.
Die Metallbrücken 46 bilden
zugleich die thermischen Kontaktflächen. Wird mittels einer Spannungsquelle 48 ein
Strom angelegt, so muss von dem als Halbleiter fungierenden Quader 40 an
einer Kontaktstelle 50 mit den Metallbrücken 46 Wärmeenergie
aufgenommen werden, damit das Elektron in des energetisch höhere Leitungsband
des benachbarten Halbleitermaterials gelangt. Folglich kommt es
zur Abkühlung. An
der anderen Kontaktstelle 52 des Quaders 40 mit der
Metallbrücke 46 fällt das
Elektron von einem höheren
auf ein tieferes Energieniveau, so dass hier Energie in Form von
Wärme abgegeben
wird. Es resultiert ein mittels des Pfeils 54 dargestellter
Wärmefluss.
Das Leitelement 14 leitet nun entsprechend auf einer Seite 56 des
Peltierelements 36 die hier entstehende Kühle zu zu
kühlenden
Bereichen des Bauteils 12, oder aber auch Wärme von
einer Seite 58 des Peltierelements 36, auf der
Wärme frei
wird, zu jeweiligen zu erwärmenden
Bereichen des Bauteils 12.
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Hierfür ist das
Leitelement 14 vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff
gebildet und durch ein thermisches Spritzverfahren hergestellt.
Dadurch ist es möglich,
das Leitelement 14 an Konturen 24 von Rippen 22 anzupassen,
welche an oder auch in dem Bauteil 12 angeordnet sind und
ein einfaches Anbringen des Peltierelements 36 an die zu
erwärmenden
und/oder zu kühlenden
Bereiche des Bauteils 12 verhindern. Das keramische Leitelement 14 ist
an dem Bauteil 12 so angeordnet, dass Teilbereiche 27 außerhalb
der Haupterstreckungsfläche 26 des
Leitelements 14 liegen. Auf diese Weise ist das Leiterelement 14 sehr
gut in seiner Form an die korrespondierende Kontur 24 der
Rippen 22 angepasst. Dabei kann die Kontur 22 wie
in der dargestellten Ausführungsform
eckig, aber auch durchaus rund oder anders gestaltet sein. Prinzipiell
ist es möglich, das
Peltierelement 36 lediglich als Heizeinrichtung 10 oder
als Kühleinrichtung 38 zu
nutzen, um mittels des Leitelements 14 zu jeweiligen zu
erwärmenden bzw.
zu kühlenden
Bereichen jeweiliger Bauteile 12 eines Kraftfahrzeugs Wärme bzw.
Kühle zu
leiten.
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- 10
- Heizeinrichtung
- 12
- Bauteil
- 14
- Leitelement
- 16
- Bereiche
- 18
- Heizleiterbahn
- 20
- Anschlüsse
- 22
- Rippen
- 24
- Kontur
- 26
- Haupterstreckungsfläche
- 28
- Teilbereiche
- 30
- Zwischenschicht
- 32
- Schicht
- 34
- Schutzschicht
- 36
- Peltierelement
- 38
- Kühleinrichtung
- 40
- Quader
- 42
- Oberseite
- 44
- Unterseite
- 46
- Metallbruch
- 48
- Spannungsquelle
- 50
- Kontaktstelle
- 52
- Kontaktstelle
- 54
- Pfeil
- 56
- Seite
- 58
- Seite