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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Tankheizung, die ein Metallgehäuse, in dem wenigstens ein Heizlement angeordnet ist, und einem Kunststoffmantel, der das Metallgehäuse umgibt, aufweist.
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Eine derartige Tankheizung ist beispielsweise aus der
WO 2006/131201 A2 bekannt. Das Metallgehäuse dieser Tankheizung ist mit einem Kunststoffmantel umspritzt, der es vor korrosivem Tankinhalt wie Harnstofflösung schützt.
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Der mit dem Spritzgießen eines flüssigkeitsdichten Kunststoffmantels verbundene Aufwand ist erheblich. In der
DE 10 2009 012 982 A1 wird deshalb vorgeschlagen, zwischen dem Kunststoffmantel und dem Metallgehäuse eine Zwischenschicht aus einem Acrylharzlack vorzusehen. Auf diese Weise können kleinere Undichtigkeiten des Kunststoffmantels in Kauf genommen werden, da die Acrylschicht im Bereich von Lücken des Kunststoffmantels einen ausreichenden Schutz vor korrosiver Flüssigkeit bietet. Ein lückenhafter Kunststoffmantel lässt sich mit einem kostengünstigeren Spritzgusswerkzeug herstellen als ein flüssigkeitsdichter Kunststoffmantel, da beispielsweise durch Schieber des Werkzeugs bedingte Öffnungen nicht geschlossen werden müssen.
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Aus der
DE 199 30 347 A1 ist es bekannt, auf Aluminiumblechformteilen wie Tankhalbschalen mittels einer Pulverbeschichtung einen Kunststoffmantel aufzubringen. Kraftfahrzeugtanks mit einem durch eine Pulverbeschichtung erzeugten Kunststoffmantel sind auch aus der
DE 10 2009 029 362 A1 bekannt.
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Aus der
DE 43 10 453 C1 ist es bekannt, Kunststoffteile in einem Tank durch Verschweißen zu befestigen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie sich eine Tankheizung der eingangs genannten Art mit geringerem Aufwand herstellen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Durch eine Pulverbeschichtung lässt sich mit geringem Aufwand das Metallgehäuse einer Tankheizung vor Einwirkung korrosiver Flüssigkeiten schützen. Während für einen durch Spritzgießen erzeugten Kunststoffmantel ein teures Werkzeug erforderlich ist, lässt sich eine Pulverbeschichtung mit vernachlässigbar geringem Aufwand auftragen. Eine erfindungsgemäße Tankheizung lässt sich deshalb rationell und kostengünstig fertigen.
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Überraschender Weise hat sich zudem gezeigt, dass der durch Pulverbeschichtung hergestellte Kunststoffmantel bei Gebrauch der Heizvorrichtung mit größerer Zuverlässigkeit dicht bleibt als ein durch Spritzgießen erzeugter Kunststoffmantel. Dies wird darauf zurückgeführt, dass unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material des Kunststoffmantels und dem Material des Metallgehäuses beim Gebrauch der Heizvorrichtung starke mechanische Spannungen erzeugen können. Diese Spannungen sind insbesondere im Bereich von Ecken und Kanten des Metallgehäuses problematisch. Da durch Pulverbeschichtung hergestellte Kunststoffmäntel wesentlich dünner sind als durch Spritzgießen erzeugte Kunststoffmäntel, können sie den mechanischen Spannungen besser standhalten ohne, dass sich Risse bilden.
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Bevorzugt besteht der Kunststoffmantel aus Polyethylen, Polypropylen oder einer Polyethylen-Polypropylen-Mischung. Diese Kunststoffe sind gegen korrosive Flüssigkeiten wie Harnstoff beständig, kostengünstig und lassen sich bei vorteilhaft niedrigen Temperaturen sintern.
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Ein durch Pulverbeschichten erzeugter Kunststoffmantel hat bevorzugt eine Stärke von höchstens 0,7 mm, besonders bevorzugt nicht mehr als 0,5 mm, und lässt sich somit wesentlich dünner ausbilden als ein durch Spritzguss erzeugter Kunststoffmantel. Dies hat den Vorteil, dass von der Tankheizung erzeugte Wärme durch den Kunststoffmantel hindurch besser an zu beheizende Flüssigkeit in einem Tank abgegeben werden kann.
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Bevorzugt hat der Kunststoffmantel eine Stärke von wenigsten 0,1 mm, besonders bevorzugt wenigstens 0,2 mm. Bei einem dünneren Kunststoffmantel besteht zunehmend die Gefahr, dass dieser undicht ist und deshalb keinen zuverlässigen Schutz vor Flüssigkeitseinwirkung bietet.
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Erfindungsgemäß wird der Kunststoffmantel einer Tankheizung mit einem Tank verschweißt. Auf diese Weise lässt sich mit einfachen Mitteln ein System bestehend aus einer erfindungsgemäßen Tankheizung und einem Tank schaffen, das sich vormontieren und leicht handhaben lässt, insbesondere beim Einbau in ein Kraftfahrzeug. Vorteilhaft wird durch eine Schweißverbindung der als Pulverbeschichtung hergestellten Kunststoffhülle mit dem Tank auch eine flüssigkeitsdichte Durchführung von Anschlüssen der Tankheizung durch eine Wand des Tanks ermöglicht.
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Um eine Schweißverbindung mit dem Tank zu ermöglichen sollte der Kunststoffmantel nicht zu dünn sein. Bevorzugt sind Stärken von 0,2 mm bis 0,7 mm.
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Insbesondere die Verwendung von Polyethylen-Polypropylen Mischungen ermöglicht es, den Kunststoffmantel flüssigkeitsdicht in einer vorteilhaften Stärke auszubilden. Pulverschichten aus Polyethylen-Polypropylen Mischungen halten nämlich beim Sinten bzw. Aufschmelzen sehr gut zusammen. Selbst dickere Schichten reißen bei der Wärmebehandlung des Pulvers nicht auf. Aufgeschmolzene Polyethylen-Polypropylen Mischungen haben nämlich eine vorteilhaft hohe Viskosität.
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Das Metallgehäuse einer erfindungsgemäßen Tankheizung ist bevorzugt aus einer Aluminiumbasislegierung. Pulverbeschichtungen, insbesondere aus Polyethylen, Polypropylen oder einer Polyethylen-Polypropylen-Mischung, haften gut auf einem solchen Material.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Metallgehäuse wenigstens eine Öffnung aufweist, in die ein Kunststoffrahmen eingesetzt ist, der das eine Heizelement oder mehrere Heizelemente hält. Mit einem Kunststoffrahmen lässt sich die Montage einer Heizung wesentlich vereinfachen. Ein Kunststoffrahmen kann vorteilhaft eines oder mehrere PTC-Elemente halten und mit einem oder zwei Anschlussblechen und elektrischer Isolierung zu einer vormontierten Einheit zusammenfassen, die sich dann leicht in eine Öffnung des Metallgehäuses einsetzen lässt. Bevorzugt ist dabei, dass der Kunststoffmantel den Kunststoffrahmen im Bereich der Öffnung bedeckt. Vorteilhaft lässt sich eine Pulverbeschichtung nicht nur auf metallischen Oberflächen, sondern auch auf eine Kunststoffoberfläche des Rahmens aufbringen und haftet dort zuverlässig, so dass ein Eindringen von Flüssigkeit in das Innere des Metallgehäuses zuverlässig verhindert werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass der Kunststoffrahmen seine maximale Breite und seine maximale Höhe an einer Stirnfläche aufweist, welche die Öffnung des Metallgehäuses verschließt. Die Breite und die Höhe der Stirnfläche sind dann also jedenfalls nicht kleiner als Breite und Höhe des Rahmens an irgendeiner Stelle zwischen seinen beiden Enden. Bevorzugt sind Breite und Höhe der Stirnfläche größer als Breite und Höhe zwischen den beiden Enden des Rahmens. Dies ist aber nicht erforderlich, da der Kunststoffrahmen auch eine auf seiner gesamten Länge konstante Breite bzw. Höhe haben kann, also überall seine maximale Breite bzw. Höhe aufweisen kann. Die Breite und die Höhe sind jeweils senkrecht zur Einschubrichtung des Rahmens, d. h. senkrecht zu seiner Länge zu messen.
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Eine Stirnfläche des Rahmens kann als ein Flansch ausgebildet sein, der die Öffnung des Metallgehäuses verschließt. Auf diese Weise lässt sich die Abdichtung des Metallgehäuses und ein dichtes Auftragen einer Pulverbeschichtung erleichtern.
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Um eine möglichst gute Haftung des Kunststoffmantels auf dem Kunststoffrahmen zu erzielen, könnte man daran denken, den Kunststoffrahmen und den Kunststoffmantel aus demselben Material herzustellen. Im Rahmen der Erfindung wurde jedoch festgestellt, dass sich bessere Ergebnisse erzielen lassen, wenn der Kunststoffrahmen aus einem anderen Material als der Kunststoffmantel gefertigt ist. Bevorzugt ist insbesondere, dass der Kunststoffrahmen aus einem Material besteht, das eine höhere Temperaturbeständigkeit als das Material des Kunststoffmantels aufweist. Beispielsweise kann der Kunststoffmantel aus Polyethylen oder einer Polyethylenmischung und der Kunststoffrahmen aus Polyamid bestehen.
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Unter einem Mantel wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung gemäß dem üblichen Sprachgebrauch eine äußere Umhüllung verstanden. Der Kunststoffmantel ist also nicht von einer weiteren Hülle bedeckt. Der Kunststoffmantel kann an sich mehrschichtig ausgebildet sein, jedoch genügt in der Regel eine einzige Schicht. Bevorzugt sitzt ein einschichtiger Kunststoffmantel direkt, also ohne Vorhandensein einer Zwischenschicht, auf der Oberfläche des Metallgehäuses.
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Unter einem Tank wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Behälter für eine Flüssigkeit verstanden. Neben einem Vorratstank, wie ihn Fahrzeuge beispielsweise für Harnstofflösung oder andere Flüssigkeiten aufweisen, ist unter einem Tank deshalb beispielsweise auch ein Filterbecher eines Harnstofffilters zu verstehen.
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Die Verwendung des unbestimmten Artikels ist, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, nicht als ein einziges, sondern stets im Sinne von wenigstens ein(es) oder mindestens ein(e) zu verstehen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Systems aus einer Tankheizung und einem Tank;
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2 das Metallgehäuse der in 1 dargestellten Tankheizung;
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3 den Kunststoffrahmen der Tankheizung mit Anschlüssen.
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Das in 1 dargestellte System besteht aus einem Tank 1 und einer Tankheizung 2. Die Tankheizung hat ein Metallgehäuse 3, das in 2 gezeigt ist und in dem ein oder mehrere in den Figuren nicht dargestellte PTC-Elemente angeordnet sind. Die PTC-Elemente sind aus einem keramischen Material, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat, und bevorzugt als Platten oder Quader ausgebildet. Die PTC-Elemente können von einem Kunststoffrahmen 4 gehalten werden, wie er in 3 schematisch dargestellt ist. Mit einem solchen Kunststoffrahmen 4 können ein oder mehrere PTC-Elemente zusammen mit einem oder zwei Anschlussblechen 5a, 5b zu einer vormontierbaren Einheit zusammen gefasst werden, die sich mit geringem Aufwand in eine Öffnung des Metallgehäuses 3 einschieben lässt.
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Wenn das Metallgehäuse zum elektrischen Kontaktieren eines PTC-Elements verwendet wird, genügt ein einziges in das Metallgehäuse hineinragendes Anschlussblech.
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Das Metallgehäuse 3 ist von einem Kunststoffmantel bedeckt, der als Pulverbeschichtung ausgebildet ist. Der Kunststoffmantel bedeckt im Bereich der Öffnung oder Öffnungen des Metallgehäuses 3 auch den Kunststoffrahmen 4. Der Kunststoffmantel bewirkt auf diese Weise einen Schutz der Tankheizung vor Tankinhalt, beispielsweise Harnstofflösung oder einer anderen korrosiven Flüssigkeit.
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Der Kunststoffmantel kann beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen oder einer Polyethylen-Polypropylen-Mischung bestehen. Der Kunststoffrahmen besteht bevorzugt aus einem Kunststoff, der eine höhere Temperaturbeständigkeit, insbesondere eine höhere Schmelz- bzw. Glasübergangstemperatur als das Material des Kunststoffmantels hat.
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Der Kunststoffmantel hat bevorzugt eine Dicke von höchstens 0,6 mm, damit in dem Metallgehäuse freigesetzte Wärme leicht an den Tankinhalt abgegeben werden kann. Gut geeignet sind beispielsweise Stärken des Kunststoffmantels von 0,1 mm bis 0,4 mm, insbesondere 0,2 mm bis 0,3 mm. Der Kunststoffmantel kann als mehrschichtiger Mantel ausgebildet sein oder nur aus einer einzigen Schicht bestehen, die direkt auf dem Metallgehäuse sitzt.
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Zur Herstellung der dargestellten Tankheizung wird zunächst der Kunststoffrahmen 4 mit PTC Elementen und Anschlussblechen 5a, 5b in das Metallgehäuse 3 eingesetzt. Bei dem in 1 dargstellten Ausführungsbeispiel hat das Metallgehäuse zwei Kanäle, in die Kunststoffrahmen eingesetzt werden. 2 zeigt das Metallgehäuse eines einfacheren Beispiels mit nur einem Kanal.
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Anschließend wird das Metallgehäuse 3 verpresst, um die Wärmeankopplung der Heizelemente an das Metallgehäuse zu verbessern. Danach werden das Metallgehäuse und im Bereich von dessen Öffnungen auch der Kunststoffrahmen mit Kunststoffpulver beschichtet. Durch Erhitzen, beispielsweise in einem Durchlaufofen, wird das Kunststoffpulver gesintert oder aufgeschmolzen, so dass ein flüssigkeitsdichter Kunststoffmantel entsteht. Die Pulverbeschichtung kann beispielsweise elektrostatisch oder durch Wirbelsintern aufgetragen aufgebracht werden.
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Das Metallgehäuse ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Aluminiumlegierung. Derartige Materialien ermöglichen eine gute Haftung einer Pulverbeschichtung, insbesondere einer Pulverbeschichtung aus Polyethylen oder Polypropylen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Metallgehäuse nur einen Innenraum, in dem ein Kunststoffrahmen sitzt. Das Metallgehäuse kann aber auch mehrere Innenräume aufweisen, in denen jeweils Kunststoffrahmen mit einem oder mehreren PTC-Elementen angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Innenraum des Metallgehäuses zwei Öffnungen.
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Um eine Öffnung des Metallgehäuses zu verschließen und das Auftragen der Pulverbeschichtung zu erleichtern kann der Kunststoffrahmen 2 an einer Stirnseite einen Flansch 2a aufweisen. Ein verbleibender Spalt zwischen Flansch und Öffnung wird dabei durch den Kunststoffmantel vollständig überdeckt und dadurch abgedichtet. Auf diese Weise hat der Rahmen eine geschlossene Stirnfläche, die eine Öffnung des Rahmens verschließt. Der Rahmen schließt bevorzugt bündig mit dem Rand der Öffnung ab, kann auf einer Seite aber auch den Rand der Öffnung mit seinem Flansch 2a bedecken. Die andere Stirnseite des Rahmens kann einen oder zwei Schlitze für die Durchführung des oder Kontaktbleche aufweisen.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Metallgehäuse als Strangpressprofil hergestellt. Ein geeignetes Metallgehäuse kann aber beispielsweise auch als Gussteil hergestellt werden.
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Das in den Figuren nur schematisch dargestellte Metallgehäuse kann zur Verbesserung der Wärmabgabe Rippen oder anderen Wärmeübertrager aufweisen.
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Der in 1 dargestellte Tank 1 ist aus Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylen, Polypropylen oder einer Polyethylen-Polypropylen-Mischung. Die Tankheizung 2 sitzt bevorzugt auf dem Boden 1a des Tanks 1. Die Kunststoffhülle der Tankheizung 2 ist mit der den Boden 1a bildender Wand des Tanks verschweißt.
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Die elektrischen Anschlüsse 5a, 5b der Tankheizung sind durch die Kunststoffwand, mit der die Kunststoffhülle der Tankheizung verschweißt ist, hindurchgeführt. Durch das Verschweißen einer Tankwand mit dem Kunststoffmantel der Tankheizung 2 lässt sich vorteilhaft eine zuverlässige Abdichtung der Anschlussdurchführungen erreichen. Eine gute Abdichtung der Anschlussdurchführungen wird erreicht, indem die Schweißverbindung jeweils die Anschlussdurchführungen umgibt.
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Möglich ist es auch, dass die Tankheizung in eine Öffnung des Tanks eingesetzt ist und dort einen Wandabschnitt bildet. Der Kunststoffmantel der Tankheizung kann dann mit umgebenden Rändern einer Kunststoffwand dicht verbunden, beispielsweise, verschweißt werden.
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Der Boden 1a kann eine Aufnahme für die Tankheizung 2 aufweisen. In 1 ist die Aufnahme 1b als eine umlaufende Leiste dargestellt. Möglich ist es beispielsweise auch, die Aufnahme für die Tankheizung als eine Vertiefung in dem Boden 1a auszubilden.
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Der Tank 1 kann mit der Kunststoffhülle der Tankheizung 2 beispielsweise durch Ultraschallschweißen oder durch Spiegelschweißen verschweißt werden. Beim Spiegelschweißen wird ein erhitztes Plättchen, der Spiegel, zwischen die beiden zu verschweißenden Bauteile geschoben. Sobald die daran anliegenden Oberflächen der beiden Bauteile ausreichend erhitzt, d. h. aufgeschmolzen sind, wird das Plättchen herausgezogen und die beiden Bauteile gegeneinander gedrückt.
