-
Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine solche Heizeinrichtung ist aus der
DE 10 2009 012 982 A1 bekannt.
-
Keramische Heizelemente können in Metallgehäusen wirksam vor einem zu erwärmenden Fluid geschützt werden. Wichtig für Heizeinrichtungen ist eine gute Wärmeankopplung des Heizelements an das umgebende Metallgehäuse. Üblicherweise werden deshalb Gehäuse nach dem Einbringen keramischer Heizelemente verpresst, so dass von Heizelementen erzeugte Wärme gut an das Metallgehäuse abgegeben werden kann.
-
Zum Schutz vor chemisch aggressiven Fluiden, beispielsweise bei Heizeinrichtungen für Flüssigkeitstanks, können die Metallgehäuse zusätzlich mit einem Kunststoffmantel versehen werden. Aus der
DE 10 2005 036 430 A1 ist eine Tankheizung mit einem kunststoffummantelten Metallgehäuse bekannt, das als ein Strangpressprofil hergestellt ist. In der
DE 10 2009 012 982 A1 wird die Möglichkeit angesprochen, kunststoffummantelte Metallgehäuse auch als Gussgehäuse herzustellen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstig eine Heizeinrichtung geschaffen werden kann, bei der von einem keramischen Heizelement erzeugte Wärme gut an ein Metallgehäuse abgegeben werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Heizeinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung sind zwei gegenüberliegende Seitenwände durch Verpressen des Gussgehäuses plastisch verformt, wobei die plastische Verformung der beiden gegenüberliegenden Seitenwände in Längsrichtung der Seitenwände zunimmt. Der Innenraum, in welchem wenigstens ein keramisches Heizelement angeordnet ist, hat also vor dem Verpressen eine sich keilförmig verjüngende Form. Beim Verpressen wird das dünnere Ende des keilförmigen Innenraums weniger stark verformt als das dickere Ende. Durch das Verpressen wird also der Keilform entgegengewirkt, so dass sich im Idealfall ein Gehäuse mit parallel verlaufenden Ober- und Unterseiten ergibt. Die Seitenwände, welche Ober- und Unterseite des Gehäuses verbinden, werden demzufolge am dickeren Ende des Gehäuses stärker verformt als am dünneren Ende.
-
Indem das Gussgehäuse zunächst so hergestellt wird, dass sich der Innenraum des Gehäuses keilförmig verjüngt, lassen sich ein Heizelement oder mehrere Heizelemente leichter in den Innenraum des Gehäuses einbringen. Zudem lässt sich das Gussgehäuse dann besser Entformen. Das vor dem Verpressen keilförmig ausgebildete Gussgehäuse kann an seinem dünneren Ende durch eine Seitenwand verschlossen sein. Möglich ist es auch, dass es einen durchgehenden Kanal aufweist.
-
Die beiden gegenüberliegenden Seitenwände weisen jeweils wenigstens einen gekrümmten Abschnitt auf, um das Verpressen des Gussgehäuses zu erleichtern. Der gekrümmte Abschnitt definiert eine Sollbiegestelle, an der sich die Seitenwand beim Verpressen des Gehäuses biegt. Der gekrümmte Abschnitt kann nach innen oder nach außen gekrümmt sein, d. h. eine Ausbuchtung oder eine Einbuchtung bilden. Eine Seitenwand kann auch mehrere gekrümmte Abschnitte aufweisen, beispielsweise S-förmig ausgebildet sein, oder auch nur teilweise gekrümmt sein.
-
Bevorzugt weist die Wandstärke in dem gekrümmten Abschnitt zwischen der oberen Wand und der unteren Wand ein Minimum auf und nimmt von diesem Minimum aus sowohl zur oberen Wand als auch zur unteren Wand hin zu. Dadurch wird eine durch die Krümmung vorgegebene Sollbiegestelle noch weiter geschwächt, so dass sich das Gehäuse noch leichter verpressen lässt. Das Minimum kann ein lokales oder ein globales Minimum sein. Um durch eine Sollbiegestelle ein Verpressen mit geringem Kraftaufwand zu ermöglichen, ist ein Minimum der Wandstärke nicht erforderlich. Die Materialstärke sollte an der Sollbiegestelle aber nicht größer als oberhalb und unterhalb davon sein.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die obere Wand und/oder die untere Wand einen Bereich mit einer konvexen Außenfläche aufweist. Durch eine Wölbung der Außenfläche nach außen, kann die Stabilität der Wand erhöht werden, so dass bei Verpressen des Gehäuses die Gefahr einer unerwünschten Verformung der oberen bzw. unteren Gehäusewand reduziert ist. Durch eine konvexe Außenfläche lässt sich ein Anpressdruck wirksam auf die gegenüberliegenden Seitenwände ableiten, insbesondere wenn die Innenfläche der oberen bzw. unteren Wand nicht oder weniger gekrümmt ist, also die Wandstärke zu den gegenüberliegenden Seitenwänden hin abnimmt. Bevorzugt ist die Innenfläche der oberen bzw. der unteren Wand eben.
-
Heizelement und Kontaktblech werden von einem Montageelement aus Kunststoff zu einer vormontierten Einheit verbunden, die sich gut handhaben lässt. Das Montageelement kann beispielsweise eine Klebstoffschicht sein, die das Kontaktblech an dem Heizelement hält. Das Montageelement kann beispielsweise auch eine Folie sein, mit der Heizelement und Kontaktblech umwickelt sind, oder ein Montagerahmen sein.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die untere Wand des Gehäuses einen nach innen erhöhten Bereich aufweist, an den zwei abgesenkte Bereiche anschließen, die sich im Innenraum an den beiden Seitenwänden entlang erstrecken. Auf diese Weise lässt sich die Wärmeankopplung des keramischen Heizelements an das Gehäuse verbessern bzw. die für eine gute Wärmeankopplung erforderliche plastische Verformung der Seitenwände des Gehäuses vorteilhaft reduzieren. Durch die abgesenkten Bereiche der unteren Wand lässt sich insbesondere Platz für die seitlichen Schenkel eines Montagerahmens schaffen, der das keramische Heizelement hält.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Montagerahmen zwei Kontaktbleche hält, zwischen denen das Heizelement sitzt. Auf diese Weise lässt sich das keramische Heizelement zwischen den beiden Kontaktblechen einschließen, so dass eine leicht handhabbare, vormontierte Einheit gebildet wird. Die Kontaktbleche und ein oder mehrere dazwischen liegende Heizelemente können beispielsweise mit einem Montageelement in Form von Kunststofffolie umwickelt sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eines der beiden Kontaktbleche an dem nach innen erhöhten Bereich der unteren Wand anliegt.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse aus einer Aluminiumbasislegierung, insbesondere einer Aluminium-Silizium-Legierung ist. Aluminiumlegierungen haben eine vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeit. Aluminium-Silizium-Legierungen kombinieren eine gute Wärmeleitfähigkeit mit vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, die für ein Verpressen des Gehäuses günstig sind. Zudem lassen sich Aluminium-Silizium-Legierungen gut gießen und können hohe mechanische Spannung aushalten, so dass eine hohe Anpresskraft, mit der das wenigstens ein keramische Heizelement in dem Gehäuse verpresst ist, über lange Zeit erhalten bleiben kann.
-
Besonders bevorzugt beträgt der Siliziumgehalt der Aluminiumbasislegierung 5 Gew.-% bis 12 Gew.-%, vorzugsweise 7 Gew.-% bis 11 Gew.-%. Bevorzugt ist weiterhin, dass die übrigen Bestandteile der Aluminium-Silizium-Legierung weniger als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, insbesondere weniger als 2 Gew.-% ausmachen. Die Aluminium-Silizium-Legierung, aus der das Gehäuse gegossen ist, enthält bevorzugt 0,1 bis 1 Gew.-% Eisen, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,8 Gew.-% Eisen. Bevorzugt ist in der Aluminium-Silizium-Legierung Strontium mit einem Gewichtsanteil von 0,5 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% enthalten. Besonders bevorzugt ist dabei, dass der Strontiumgehalt größer als der Eisengehalt ist. Eine solche Legierung lässt sich gut verpressen und hat eine vorteilhafte Wärmeleitung.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse von einem Kunststoffmantel umgeben ist. Ein Gussgehäuse hat vorteilhaft rundere Kanten als ein Strangpressprofil. Ein Kunststoffmantel lässt sich deshalb auf ein Gussgehäuse besser aufbringen und haftet darauf besser als auf einem Strangpressprofil.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse ein Rohrgehäuse ist. In einem Rohrgehäuse lässt sich vorteilhaft eine größere Anzahl von keramischen Heizelementen hintereinander anordnen.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuse eine Breite hat, die in Längsrichtung der plastisch verformten Seitenwände zunimmt. Auf diese Weise lässt sich eine vormontierte Einheit aus einem oder mehreren Heizelementen und einem oder zwei Kontaktblechen noch leichter in das Gehäuse einbringen. Bevorzugt nimmt die Verformung der Seitenwände zusammen mit der Breite in Längsrichtung des Gehäuses zu. Insbesondere kann das Gehäuse an jenem Ende seine maximale Breite haben, an dem die plastische Verformung der Seitenwände maximal ist.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 das Gehäuse einer Heizeinrichtung in einer schematischen Draufsicht;
-
2 einen Längsschnitt des Gehäuses vor dem Verpressen;
-
3 einen Längsschnitt der Heizeinrichtung nach dem Verpressen; und
-
4 einen Querschnitt der Heizeinrichtung nach dem Verpressen.
-
Die in den 1 bis 4 dargestellte Heizeinrichtung hat ein Gussgehäuse 1, das einen Innenraum umgibt, in dem wenigstens ein keramisches Heizelement 2, beispielsweise ein PTC-Heizelement, angeordnet ist. Das Gussgehäuse 1 kann Wärmeabgabeelemente wie Kühlrippen oder ähnliches aufweisen.
-
Wie insbesondere die 2 bis 4 zeigen, wird der Innenraum von einer oberen Wand 1a und einer unteren Wand 1b begrenzt. Die obere Wand 1a und die untere Wand 1b sind über zwei gegenüberliegende Seitenwände 1c miteinander verbunden. Das Gussgehäuse 1 kann dabei als ein Rohrgehäuse ausgebildet sein, das an zwei gegenüber liegenden Enden offen ist. Möglich ist es aber auch, dass das Gehäuse 1 an einem Ende von einer weiteren Seitenwand verschlossen ist.
-
Wie 2 zeigt, hat das Gehäuse 1 vor dem Verpressen einen keilförmigen Innenraum. Der Abstand zwischen der oberen Wand 1a und der unteren Wand 1b nimmt vor dem Verpressen von einem Ende zum anderen Ende des Gehäuses 1 hin kontinuierlich zu. Nach dem Einbringen des keramischen Heizelements 2 in den Gehäuseinnenraum wird das Gehäuse 1 verpresst. Dabei werden die beiden gegenüberliegenden Seitenwände 1c plastisch verformt. Nach dem Verpressen liegt die obere Wand 1a bevorzugt parallel zu der unteren Wand 1b. Dies bedeutet, dass die plastische Verformung der beiden gegenüberliegenden Seitenwände 1c in Längsrichtung der Seitenwände 1c zunimmt.
-
Um das Verpressen zu erleichtern, sind die sich gegenüberliegenden Seitenwände 1c gekrümmt. Indem die Seitenwände 1c einen gekrümmten Abschnitt aufweisen, wird eine Sollbiegestelle definiert, die beim Verpressen des Gehäuses 1 nachgibt. Die beiden gegenüberliegenden Seitenwände 1c sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach außen ausgebuchtet, können beispielsweise aber auch innen eingebuchtet sein.
-
Wie 1 zeigt, hat das Gehäuse 1 eine Breite, die in Längsrichtung der plastisch verformten Seitenwände 1c zunimmt. Bevorzugt hat auch der Innenraum des Gehäuses 1, eine Breite, die in Längsrichtung der Seitenwände 1c zunimmt. Dabei nimmt die Breite des Innenraums des Gehäuses 1 in derselben Richtung zu wie die plastische Verformung der Seitenwände 1c. Der Innenraum hat seine größte Breite also an jenem Ende, an dem die plastische Verformung der Seitenwände 1c maximal ist.
-
Das keramische Heizelement 2 wird von einem Montagerahmen 3 aus Kunststoff gehalten, der bevorzugt auch zwei Kontaktbleche 4 hält. Eines der beiden Kontaktbleche 4 trägt eine Isolierschicht 5, beispielsweise aus Kunststoff oder einem keramischen Material, bevorzugt Aluminiumoxid. Das andere Kontaktblech 4 kann ebenfalls mit einer Isolationsschicht bedeckt sein oder – wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel – das Gussgehäuse 1 kontaktieren, um einen Massekontakt zu bilden. Dieses Kontaktblech kann aber auch entfallen und der Massekontakt über das Gehäuse erfolgen. Das Heizelement 2 liegt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den beiden Kontaktblechen. Es wird also an seinen beiden gegenüberliegenden Kontaktseiten von den Kontaktblechen 4 kontaktiert. Eine der beiden Kontaktflächen des Heizelements 2 ist der oberen Wand 1a und die andere Kontaktfläche der unteren Wand 1b zugewandt.
-
Wie insbesondere 4 zeigt, liegt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines der beiden Kontaktbleche 4 an einem nach innen erhöhten Bereich der unteren Wand 1c des Gehäuses 1 an. In dem Innenraum des Gehäuses 1 ist also ein Sockel, auf dem das Kontaktblech 4 liegt. Der erhöhte Bereich ist auf zwei gegenüberliegenden Seiten durch eine Stufe begrenzt. Zwischen den beiden plastisch verformten Seitenwänden 1c und dem nach innen erhöhten Bereich befindet sich in dem Innenraum also jeweils ein abgesenkter Bereich, in dem jeweils ein Schenkel des Montagerahmens 3 liegt. Ein nach innen erhöhte Bereich kann an sich auch an der oberen Wand 1a des Gehäuses 1 ausgebildet sein und direkt an dem keramischen Heizelement 2 anliegen, falls nur ein einziges Kontaktblech verwendet wird.
-
Das Gussgehäuse 1 ist aus einer Metalllegierung gegossen, beispielsweise aus einer Aluminiumbasislegierung. Bevorzugt ist die Aluminiumbasislegierung eine Aluminium-Silizium-Legierung. Der Gewichtsgehalt der Aluminium-Silizium-Legierung beträgt bevorzugt 5 Gew.-% bis 12 Gew.-%, insbesondere 7 Gew.-% bis 11 Gew.-%. Die Aluminiumbasislegierung kann zusätzlich weitere Legierungsbestandteile enthalten. Bevorzugt beträgt die Summe der übrigen Bestandteile der Aluminium-Silizium-Legierung weniger als 5 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 3 Gew.-%, insbesondere weniger als 2 Gew.-%. Bevorzugt enthält die Aluminiumbasislegierung 0,1 Gew.-% bis 1 Gew.-% Eisen, besonders bevorzugt 0,4 Gew.-% bis 0,8 Gew.-% Eisen. Bevorzugt ist der Aluminiumbasislegierung Strontium beigemischt, beispielsweise 0,5 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% Strontium.
-
Das Gussgehäuse 1 kann nach dem Einführen des Montagerahmens 3 und dem Verpressen mit Kunststoff ummantelt werden. Der in den Figuren nicht dargestellte Kunststoffmantel kann beispielsweise durch Spritzgießen oder als Pulverbeschichtung aufgetragen werden.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in dem Innenraum der Heizeinrichtung nur ein einziges Heizelement 2 angeordnet. In dem Innenraum der Heizeinrichtung können aber auch mehrere keramische Heizelemente angeordnet sein.
-
Die obere Wand 1a des Gehäuses kann eine konvex gewölbte Außenfläche aufweisen. Auf diese Weise lässt sich die obere Gehäusewand 1a mechanisch stabilisieren und so die Gefahr einer unerwünschten Verformung beim Verpressen reduzieren. Um einen guten Wärmekontakt zu erleichtern, hat die obere Gehäusewand 1a bevorzugt eine ebene Innenfläche.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gussgehäuse
- 1a
- Obere Wand
- 1b
- Untere Wand
- 1c
- Seitenwände
- 2
- Heizelement
- 3
- Montagerahmen
- 4
- Kontaktblech
- 5
- Isolierschicht
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009012982 A1 [0001, 0003]
- DE 102005036430 A1 [0003]
