DE102012107985A1 - Heizstab und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Heizstabs für eine Fahrzeugheizung mit den folgenden Schritten: Anordnen von wenigstens einem PTC Element (2) und wenigstens einem Kontaktelement (3) in einem aus Blech geformten Rohr (1), das entlang einer Längsseite offen ist, Verschweißen von aneinander anliegenden Abschnitten des Blechstreifens mit einer in Längsrichtung des Rohres (1) verlaufenden Schweißnaht (5). Die Erfindung betrifft zudem einen solchen Heizstab.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Heizstab und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
- Aus der
WO 2007/071335 A1 - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie Heizstäbe mit einem Gehäuserohr kostengünstiger hergestellt werden können.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch einen Heizstab gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Erfindungsgemäß wird das Gehäuserohr kostengünstig aus Blech hergestellt. Anstatt PTC Element und sonstige Bauteile in das Gehäuserohr einzuschieben, wird das Gehäuserohr um das PTC Element bzw. die PTC Elemente herum gebaut. Dazu wird ein Paket, das wenigstens ein PTC Element und wenigstens ein Kontaktelement enthält, rundum mit Blech bedeckt und dann durch Verschweißen aneinander anliegender Blechabschnitte ein Rohr gebildet.
- Beispielsweise kann das Paket zwischen zwei Halbschalen angeordnet werden, die dann miteinander verschweißt werden, um ein Gehäuserohr zu bilden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Paket aber auch in einem an seiner Längsseite offenen Rohr angeordnet werden, das aus einem Blech geformt ist und an einer Längsseite offen ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Paket mit Blech zu umwickeln und dann aneinander anliegende Blechabschnitte zu verschweißen. Beim Umwickeln können sich Blechabschnitte überlappen und dann übereinander liegende Blechabschnitte miteinander verschweißt werden. Man kann aber auch aneinander anstoßende Ränder des Blechs miteinander verschweißen, um ein Rohr herzustellen.
- Erfindungsgemäß aus Blech hergestellte Gehäuserohre sind wesentlich kostengünstiger als Strangpressprofile. Zudem ist ein Verpressen als separater Fertigungsschritt nicht erforderlich. Beim Verschließen und Verschweißen des Rohres kann nämlich eine federnde Kraft auf das Paket mit ausgeübt, so dass ein separates Verpressen mit plastischer Verformung des Rohres nicht erforderlich sind.
- Wenn das Paket in das Rohr eingelegt wird, ist der Innenquerschnitt des noch an seiner Seite offenen Rohres größer als der Querschnitt des Pakets. Das Paket kann deshalb problemlos eingelegt werden. Erst beim Verschließen des Rohres wird eine federnde Kraft auf das Paket ausgeübt. Hierzu können eine oder mehrere Wände des Rohres nach innen gewölbt sein. Nach dem Verschweißen hätte das Rohr an sich eine geringere freie Innenhöhe als das eingelegt Paket mit dem PTC Widerstand, so dass eine nach innen gewölbte Wand federnd gegen das Paket drückt und so für einen guten elektrischen und thermischen Kontakt sorgt. Während herkömmliche Heizstäbe mit Rohrgehäusen aus Strangpressprofilen in einem separaten Fertigungsschritt verpresst werden müssen, ist dies bei einem erfindungsgemäßen Heizstab nicht zwingend erforderlich. Um den Kontakt zu verbessern, kann das Rohr eines erfindungsgemäßen Heizstabs nach dem Verschweißen an seinen Kanten verpresst werden. Hiefür ist jedoch eine verhältnismäßig geringe Kraft ausreichend.
- Die beiden Enden des Gehäuserohrs können offen bleiben. Durch Falten oder Umbiegen von Blechabschnitten und anschließendes Verschweißen können aber auch ein Ende des Gehäuserohrs oder sogar beide Enden verschlossen werden.
- Das Gehäuserohr kann beispielsweise als ein Flachrohr, insbesondere als ein Vierkantrohr, ausgebildet sein. Bevorzugt ist dabei, dass eine nach innen gewölbte Wand des Gehäuserohrs an einer Isolationsschicht anliegt, die ein Kontaktelement elektrisch von dem Gehäuserohr isoliert. Mit der nach innen gewölbten Wand lässt sich eine Vorspannung erzeugen, mit der das Gehäuserohr gegen die in ihm angeordneten Komponenten drückt. Vorteilhaft lässt sich so eine gute Wärmeankopplung des Gehäuserohrs an das PTC Element bzw. die PTC Elemente gewährleisten. Die gegenüberliegende Wand des Gehäuserohrs kann plan ausgebildet sein oder ebenfalls eine Wölbung aufweisen.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Blechstreifen, aus dem das Gehäuserohr geformt ist, wenigstens ein Kühlelement bildet, indem wenigstens ein Abschnitt des Blechstreifens, der von der Schweißnaht ausgeht, von dem Rohr absteht. Bevorzugt geht von der Schweißnaht auf entgegen gesetzten Seiten jeweils ein Blechstreifenabschnitt aus, der von dem Gehäuserohr absteht und ein Kühlelement bildet. Um ein Gehäuserohr mit integrierten Kühlelementen zu bilden, kann man einen Blechstreifen zu einem Rohr biegen und dabei die Längsränder des Blechstreifen umbiegen, so dass die Biegekanten der umgebogenen Randabschnitte an einander anstoßen. Die beiden aneinander anliegenden Biegekanten werden dann miteinander verschweißt und dadurch das Rohr seitlich geschlossen. Von jeder Biegekante geht dann ein von dem Rohr abstehender Abschnitt des Blechstreifens aus und bildet ein Kühlelement. Es ist natürlich auch möglich, dass von der Schweißnaht nur ein einziges Kühlelement ausgeht, nämlich wenn ein Längsrand des Blechstreifens mit einer Biegekante verschweißt ist, von der ein abstehender Abschnitt des Blechstreifens ausgeht.
- Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:
-
1 einen Fertigungsschritt bei der Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizstabs; -
2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizstabs in einem schematischen Querschnitt; und -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizstabs in einem schematischen Querschnitt. -
1 veranschaulicht die Herstellung eines Heizstabs für eine Heizung der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs. Dieser Heizstab ist in Figur in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt. Der Heizstab hat ein Gehäuserohr1 , das ein PTC Element2 , ein Kontaktelement3 und eine Isolationsschicht4 umgibt. Der Heizstab wird hergestellt, indem zunächst ein Paket aus wenigstens einem PTC Element2 , wenigstens einem Kontaktelement3 und wenigstens einer Isolationsschicht4 gebildet wurde. Das Paket wird dann in einem aus Blech geformten Rohr angeordnet, das entlang einer Längsseite offen ist. Ein Beispiel hierfür ist in1 schematisch dargestellt. Zur Herstellung des Heizstabs kann ein vorgeformter Blechstreifen verwendet werden, an dem die vier Kanten des Gehäuserohrs durch Biegungen des Blechstreifens schon ausgebildet sind. - Das Paket kann auch in einem Rohr angeordnet werden, das entlang von zwei Längsseiten offen ist, also beispielsweise durch zwei aufeinander gesetzte Halbschalen gebildet ist.
- Aneinander anliegende Abschnitte des Blechs werden dann miteinander verschweißt und dadurch das so gebildete Gehäuserohr
1 seitlich verschlossen. Das Gehäuserohr1 weist deshalb eine sich in seiner Längsrichtung erstreckende Schweißnaht5 auf. - Wenn das Paket in das Rohr eingelegt wird, ist der Innenquerschnitt A des offenen Rohres größer als der Querschnitt des Pakets. Das Paket kann deshalb problemlos eingelegt werden. Erst beim Verschließen des Rohres wird eine federnde Kraft auf das Paket ausgeübt.
- Die aneinander anliegenden Abschnitte des Blechstreifens können überlappen oder an ihren Längsrändern aneinander anstoßen, wie dies in
2 dargestellt ist. Die Schweißnaht5 kann eine durchgehende Schweißnaht sein oder aus einzelnen Schweißpunkten bestehen, die in einem Abstand von einander angeordnet sind. - Der Heizstab kann eine beliebige Anzahl von PTC Elementen
2 enthalten. Die PTC Elemente2 sind bevorzugt keramische PTC Elemente, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat. Durch die Verwendung von PTC Elementen als Heizwiderstände lässt sich vorteilhaft ein Schutz vor Überhitzung erreichen. Als Kontaktelement3 kann beispielsweise ein Blechstreifen verwendet werden. - Das wenigstens ein PTC Element
2 enthaltende Paket kann mit einem in1 nicht gezeigten Rahmen zu einer gut handhabbaren Einheit vormoniert werden. Ein solcher Rahmen ist bevorzugt aus Kunststoff. Ein oder mehrere PTC Elemente2 können in einem Rahmen klemmend gehalten werden. Hierfür kann der Rahmen beispielsweise Klemmnasen aufweisen. Der Rahmen kann an dem Kontaktelement3 befestigt sein, beispielsweise auf das Kontaktelement3 aufgeschoben oder um das Kontaktelement3 herumgespritzt sein. Geeignete Rahmen sind beispielsweise aus derEP 1 467 599 A2 bekannt. - Bei dem dargestellten Heizstab wird das PTC Element
2 nur an seiner Oberseite7 von einem Kontaktelement3 kontaktiert. Die Unterseite6 des PTC Elements2 wird von dem Gehäuserohr1 kontaktiert. Alternativ können aber auch zwei Kontaktelemente3 verwendet werden, die jeweils mit einer Isolationsschicht4 elektrisch gegenüber dem Gehäuserohr1 isoliert sind und zwischen denen das PTC Element2 oder die PTC Elemente2 angeordnet sind. - Das Gehäuserohr
1 ist ein Flachrohr. An seinen Enden kann das Gehäuserohr offen bleiben oder mit einem Verschlusselement, beispielsweise einem Stopfen, verschlossen werden. Möglich ist es auch ein Ende des Gehäuserohrs durch Umbiegen oder Falten und Verschweißen von Blechabschnitten zu verschließen. - Die Schweißnaht
5 befindet sich bei dem in2 dargestellten Beispiel an einer Schmalseite des Gehäuserohrs1 , kann aber auch an einer Breitseite angeordnet sein. Bevorzugt verläuft die Schweißnaht5 parallel zu Kanten des Gehäuserohrs1 . - Das Gehäuserohr
1 kann eine oder mehrere gewölbte Seitenwände aufweisen. Beispielsweise kann die Isolationsschicht4 an einer nach innen gewölbten Seitenwand8 anliegen. Auf diese Weise kann eine Vorspannung erzeugt werden, mit der das Gehäuserohr1 gegen die Isolationsschicht4 drückt. Vorteilhaft kann so eine gute Wärmeankopplung des Gehäuserohrs1 an das PTC Element2 erreicht werden. Die gegenüberliegende Seitenwand ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel plan, kann aber auch nach innen gewölbt ausgebildet sein. Die Vorspannung lässt sich vergrößern, indem zusätzlich zu der Breitseite8 auch die beiden Schmalseiten11 des Gehäuserohrs1 nach innen gewölbt sind. - Eine Wölbung in einer Seitenwand
8 ,11 des Gehäuserohrs1 kann man beispielsweise erzeugen, indem man beim Biegen des Blechstreifen zu einem Rohr den Blechstreifen zwischen Biegestellen, welche später Kanten des Gehäuserohrs1 bilden, eindrückt. Wenn die aneinander anliegenden Abschnitte miteinander verschweißt werden, sind die Seitenwände8 ,11 dann bereits eingebuchtet. Die Wölbung der Seitenwand8 wird dabei durch Andrücken an die Isolationsschicht4 reduziert, so dass sich eine vorteilhafte große Kontaktfläche ergibt, über die Wärme effizient abgeleitet werden kann. Alternativ können an einer Seitenwand auch mehrer Wölbungen vorgesehen sein, die nebeneinander angeordnet sind. - Bei dem fertigen Heizstab drückt die Seitenwand
8 einer Breitseite des Rohres federnd gegen das Paket mit dem PTC Element2 und sorgt so für eine gute elektrische und thermische Kontaktierung des PTC Elements. Um diese Kontaktierung zu verbessern und die Kraft zu erhöhen, mit die Seitenwand8 gegen das Paket drückt, kann das Gehäuserohr1 an seinen Kanten10 verpresst werden. -
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizstabes, der sich von dem vorstehend beschriebenen Heizstab im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass der Blechstreifen, aus dem das Gehäuserohr1 gebildet ist, zusätzlich auch zwei Kühlelemente9 bildet. Die beiden Längsränder des Blechstreifens, aus dem das Gehäuserohr1 gebildet ist, sind umgebogen und die entsprechenden Biegestellen mit der Schweißnaht5 verschweißt. Von der Schweißnaht5 geht deshalb auf beiden Seiten jeweils ein Randabschnitt des Blechstreifens aus. Wie2 zeigt, steht dieser Randabschnitt von dem Gehäuserohr1 ab, so dass er von einem zu erwärmenden Fluid umströmt und an dieses Wärme abgeben kann. - Vorteilhaft ist dabei, wenn vor dem Verschweißen die beiden Schenkel der Seitenwand eine separate Innenwölbung aufweisen. Beim Zusammenfügen und Verschweißen der Schenkel werden diese gegen das den PTC Widerstand enthaltende Paket gedrückt und jeder Schenkel der Seitenwand drückt federnd gegen das Paket.
- Bei dem in
3 gezeigten Beispiel ist die Schweißnaht5 an einer Breitseite des Gehäuserohrs1 angeordnet. Man kann die Schweißnaht5 mit den von ihr ausgehenden Kühlelementen9 aber auch an einer Schmalseite des Gehäuserohrs vorsehen. - 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
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- WO 2007/071335 A1 [0002]
- EP 1467599 A2 [0022]
Claims (12)
- Verfahren zum Herstellen eines Heizstabs mit den folgenden Schritten: Anordnen von wenigstens einem PTC Element (
2 ) und wenigstens einem Kontaktelement (3 ) in einem aus Blech geformten Rohr (1 ), das entlang einer Längsseite offen ist, Verschweißen von aneinander anliegenden Abschnitten des Blechs mit einer in Längsrichtung des Rohres (1 ) verlaufenden Schweißnaht (5 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißnaht (
5 ) durchgehend von einem Ende des Rohres (1 ) bis zu dem anderen Ende des Rohres (1 ) verläuft. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (
3 ) ein Blechstreifen ist, der mit einer Vorderseite an dem PTC Element (2 ) anliegt und an dessen Rückseite eine Isolationsschicht (4 ) anliegt. - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (
1 ) aus zwei Halbschalen zusammen gefügt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (
1 ) aus einem Blechstreifens geformt wird, indem ein Randabschnitt eines Blechstreifens zu einem gegenüberliegenden Randabschnitt hin gebogen wird. - Heizstab, mit einem Gehäuserohr (
1 ) und wenigstens einem in dem Gehäuserohr (1 ) angeordneten PTC Element (2 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (2 ) aus Blech geformt ist, wobei aneinander anliegende Blechabschnitte miteinander verschweißt sind. - Heizstab nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (
1 ) aus einem Blechstreifen geformt ist, der zu einem das PTC Element (2 ) umgebenden Rohr gebogen ist, dessen Mantelfläche durch eine in seiner Längsrichtung verlaufende Schweißnaht (5 ) verschlossen ist. - Heizstab nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC Element (
2 ) ein keramisches PTC Element ist. - Heizstab nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (
1 ) ein Flachrohr ist. - Heizstab nach einem der Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (
1 ) eine nach innen gewölbte Seitenwand (8 ) aufweist, die an einer Isolationsschicht (4 ) anliegt. - Heizstab nach einem der Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuserohr (
1 ) nach innen gewölbte Schmalseiten (11 ) aufweist. - Heizstab nach einem der Anspruch 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Blechstreifen, aus dem das Gehäuserohr (
1 ) geformt ist, wenigstens ein Kühlelement (9 ) bildet, indem ein von der Schweißnaht (5 ) ausgehender Abschnitt des Blechstreifens von dem Gehäuserohr (1 ) absteht.
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