DE102011017108A1

DE102011017108A1 - Heizeinrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE102011017108A1
Application number: DE201110017108
Authority: DE
Inventors: Michael Edgar Luppold; Alexander Dauth; Jörg Weigold
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit einem Profilrohr (1), in dem ein elektrisches Heizelement (2) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwei gegenüberliegende Wände (1b) des Profilrohrs (1) als konvex gewölbte Federabschnitte (1a) ausgebildet sind, die eine Federkraft (FR) ausüben, welche zwei die beiden Federanschnitte (1a) verbindende Rohrwände (1b) zueinander und somit gegen das zwischen ihnen angeordnete Heizelement (2) zieht. Die Erfindung betrifft ferner ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Heizeinrichtung.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung mit einem Profilrohr, in dem ein elektrisches Heizelement angeordnet ist. Eine solchen Heizeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus der DE 103 60 159 A1 bekannt.
Derartige Heizeinrichtungen haben den Vorteil, dass die Heizelemente in Profilrohren gut geschützt sind und ein direkter Kontakt mit dem zu erwärmenden Medium vermieden wird. Allerdings muss für eine gute Wärmeleitung zwischen Heizelement und Profilrohr gesorgt werden. Um dies zu erreichen ist es aus der DE 103 60 159 A1 bekannt, Profilrohre nach dem Einbringen der Heizelemente zu verpressen. Dabei werden zwei parallel zu dem plattenförmigen Heizelement verlaufende Wände des Profilrohrs nach innen eingedrückt. Bei der fertigen Heizeinrichtung hat das Profilrohr dann zwei konkave Wände, zwischen denen das Heizelement eingespannt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einer elektrischen Heizeinrichtung die Wärmeankopplung eines Heizelements an ein umgebendes Profilrohr verbessert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
Erfindungsgemäß wird ein Profilrohr verwendet, das auf gegenüberliegenden Seiten konvex nach außen gewölbte Federabschnitte aufweist. Bei der Herstellung der Heizeinrichtung wird auf die beiden Federabschnitte Druck ausgeübt. Dadurch wird die Wölbung vorübergehend reduziert. Die beiden Federabschnitte drücken dabei die sie verbindenden Rohrwände nach außen, so dass sich der Abstand zwischen ihnen erhöht. Durch Druck auf die beiden konvex nach außen gewölbten Federabschnitte wird das Profilrohr also elastisch aufgeweitet.
Während das Profilrohr durch Druck auf die beiden konvex nach außen gewölbten Federabschnitte elastisch aufgeweitet ist, werden ein oder mehrere Heizwiderstände in das Profilrohr eingebracht. Bei Wegnahme des Drucks ziehen die Federabschnitte die beiden sie verbindende Rohrwände dann zueinander und somit gegen das dazwischen angeordnete Heizelement. Die von den Federabschnitten ausgeübte Federkraft verspannt also das Heizelement zwischen den beiden die Federabschnitte verbindenden Rohrwänden.
Die Federkraft, mit der das Heizelement zwischen den Wänden des Profilrohrs eingespannt ist, kann durch die Ausgestaltung der konvex nach außen gewölbten Federabschnitte wohl definiert vorgegeben werden. Vorteilhaft kann so bei allen Heizeinrichtungen einer Produktionsserie eine gleichmäßig gute Wärmeankopplung erreicht werden. Brüche von keramischen PTC-Heizelementen, wie sie bei einem Verpressen von Profilrohren vorkommen können, lassen sich bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren zuverlässig vermeiden.
Bevorzugt werden scheibenförmige Heizelemente verwendet, deren Vorder- und Rückseite jeweils einer der beiden die Federabschnitte verbindenden Rohrwände zugewandt ist. Den Federabschnitten ist dann jeweils eine Schmalseite des betreffenden Heizelements zugewandt.
Bevorzugt haben die beiden Federabschnitte eine geringere Stärke als die beiden die Federabschnitte verbindenden Rohrwände. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Rohrwände, zwischen denen das oder die Heizelemente eingespannt werden, eine größere mechanische Stabilität aufweisen und deshalb bei der Montage und einem späteren Gebrauch der Heizeinrichtung unerwünschten Verformungen gut widerstehen können. Heizelemente werden somit gleichmäßig auf ihrer gesamten Fläche belastet und mit einer definierten Kraft eingespannt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Heizelement in das Profilrohr mit einem Montagerahmen eingeführt wird, der wenigstens ein Anschlussblech trägt. Mit einem Montagerahmen aus Kunststoff lässt sich eine leicht handhabbare Einheit aus allen in das Profilrohr einzubringenden Bauteilen der Heizeinrichtung schaffen.
Soweit bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung oder in den Ansprüchen ein unbestimmter Artikel verwendet wird, ist dies als wenigstens ein bzw. wenigstens eine zu verstehen. Beispielsweise kann das Profilrohr einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung mehrere Heizelemente oder auch nur ein einziges Heizelement enthalten. In entsprechender Weise kann eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung mehrere Profilrohre aufweisen oder nur ein einziges Profilrohr haben.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Heizeinrichtung.
Die in 1 dargestellte Heizeinrichtung weist ein metallisches Strangpressprofil 1, beispielsweise aus einer Aluminiumbasislegierung, auf, in dem ein keramisches PTC-Heizelement 2, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat, angeordnet ist. Zwei gegenüberliegende Wände des Profilrohrs 1 sind als konvex nach außen gewölbte Federabschnitte 1a ausgebildet. Die Federabschnitte 1a sind durch zwei Seitenwände 1b miteinander verbunden, zwischen denen das Heizelement 2 mit einer von den Federabschnitten 1a erzeugten Federkraft eingespannt ist.
Zur Montage der Heizeinrichtung wird von außen mit einer Kraft F_D auf die beiden konvex gewölbten Federabschnitte 1a gedrückt. Dadurch wird die Wölbung der Federabschnitte 1a zeitweilig reduziert und deshalb der Abstand zwischen den beiden Rohrwänden 1b durch eine elastische Verformung um eine Strecke s erhöht. Während das Profilrohr 1 durch Einwirkung der Druckkraft aufgeweitet ist, wird dann das Heizelement 2 zusammen mit einem Anschlussblech 3, das auf einer Seite an dem Heizelement 2 anliegt und auf seiner gegenüberliegenden Seite eine Isolierung 4, beispielsweise einen Streifen aus keramischem Isoliermaterial, trägt, in das Profilrohr 1 eingebracht. Nach Wegnahme des Drucks versuchen die Federabschnitte 1a wieder in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren und ziehen deshalb die beiden Rohrwände 1b zueinander und somit gegen das dazwischen angeordnete Heizelement 2. Die Federabschnitte 1a erzeugen eine Rückstellkraft, nämlich die Federkraft FR, die das Heizelement 2 zwischen den beiden Rohrwänden 1b einspannt und bewirken somit, dass sich das Profilrohr 1 nach dem elastischen Aufweiten wieder zusammenzieht.
Das Heizelement 2 und das Anschlussblech 3 mit der Isolierschicht 4 können vorteilhaft mit einem Montagerahmen 5 aus Kunststoff in das Profilrohr 1 eingebracht werden. Auf eine Isolierschicht 4 kann verzichtet werden, indem das Anschlussblech 3 zwischen Heizelementen 2 angeordnet wird, d. h. sowohl an seiner Vorderseite als auch an seiner Rückseite Heizelemente 2 anliegen.
Das Heizelement 2 liegt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel flächig an einer ebenen Innenseite einer Rohrwand 1b an. Anstatt das Heizelement 2 auf einer Seite mit dem metallischen Profilrohr 1 elektrisch zu kontaktieren, kann auch ein zweites Anschlussblech verwendet werden, das mit einer Isolierschicht gegenüber dem Profilrohr 1 elektrisch isoliert ist. Auch bei einer solchen Ausführungsform wendet das plattenförmige Heizelement 2 den Federabschnitten 1a jeweils eine Schmalseite zu. Das Anschlussblech 3 bzw. die beiden Anschlussbleche liegen jeweils mit einer Vorderseite an dem Heizelement 2 an und tragen auf ihrer Rückseite eine Isolierschicht 4, die an einer der beiden Rohrwände 1b anliegt.
Die beiden Federabschnitte 1a haben jeweils eine geringere Stärke als die Wandabschnitte 1b. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Federabschnitte 1a jeweils eine konstante Stärke. Eine gewünschte Federwirkung kann sich aber auch mit Federabschnitten 1a überzeugen lassen, die eine sich entlang des Bogens ändernde Stärke aufweisen. Für eine gute Federwirkung ist jedenfalls vorteilhaft, wenn die Federabschnitte 1a eine gekrümmt Innenseite aufweisen.
Das Profilrohr 1 trägt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Wärmeabgaberippen 1c. Wärmeabgaberippen 1c können bei einem Strangpressprofil vorteilhaft integral ausgebildet werden. Alternativ ist es aber auch möglich, auf ein Profilrohr 1 Lamellen oder andere Wärmeabgabeelemente aufzuschieben.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber nur ein einziges Profilrohr 1 dargestellt, in dem ein Heizelement 2 angeordnet ist. Eine elektrische Heizeinrichtung, beispielsweise zur Beheizung des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, kann aber eine beliebige Zahl von Profilrohren 1 aufweisen, die eine beliebige Anzahl Heizelemente 2 enthalten.
Bezugszeichenliste

1: Profilrohr
1a: Federabschnitte
1b: Rohrwände
1c: Wärmeabgaberippen
2: Heizelement
3: Anschlusskraft
4: Isolierschicht
5: Montagerahmen
s: Strecke
F_D: Kraft
FR: Federkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10360159 A1 [0001, 0002]

Claims

Heizeinrichtung mit einem Profilrohr (1), in dem ein elektrisches Heizelement (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gegenüberliegende Wände (1b) des Profilrohrs (1) als konvex gewölbte Federabschnitte (1a) ausgebildet sind, die eine Federkraft (F_R) ausüben, welche zwei die beiden Federanschnitte (1a) verbindende Rohrwände (1b) zueinander und somit gegen das zwischen ihnen angeordnete Heizelement (2) zieht.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) ein keramisches PTC-Element ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) plattenförmig ist und jeweils eine Schmalseite des Heizelements (2) den Federabschnitten (1a) zugewandt ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Profilrohr (1) ein Anschlussblech (3) angeordnet ist, das mit seiner Vorderseite an dem Heizelement (2) anliegt und aus dem Profilrohr (1) herausragt.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federabschnitte (1a) eine geringere Stärke als die beiden die Federabschnitte (1a) verbindenden Rohrwände (1b) haben.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden die Federabschnitte (1a) verbindenden Rohrwände (1b) eine ebene Innenseite aufweisen.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federabschnitte (1a) eine gewölbte Innenseite aufweisen.
Heizeinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilrohr (1) Wärmeabgaberippen (1c) aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Heizeinrichtung, wobei wenigstens ein Heizelement (2) in ein Profilrohr (1) aus Metall eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilrohr (1) auf zwei gegenüberliegenden Seiten konvex gewölbte Federabschnitte (1a) aufweist, und das wenigstens eine Heizelement (2) in das Profilrohr (1) eingeführt wird, während durch Druck auf die beiden konvex gewölbten Federabschnitte (1a) das Profilrohr (1) elastisch aufgeweitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) in das Profilrohr (1) mit einem Montagerahmen (5) eingeführt wird, der wenigstens ein Anschlussblech (3) trägt.