DE102013010851A1

DE102013010851A1 - An electric heater and a method of manufacturing an electric heater

Info

Publication number: DE102013010851A1
Application number: DE201310010851
Authority: DE
Inventors: Thomas Denzinger; Michael Zeyen; Dietmar Bytzek; Jürgen Hetzler
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung (10) umfassend einen keramischen Wärmeübertrager (12) und eine elektrisch leitende Heizschicht (14), die ein Widerstandsheizelement bildet und die direkt auf den keramischen Wärmeübertrager (12) aufgebracht ist, wobei die elektrisch leitende Heizschicht (14) mit einem Massepol (16) einer Spannungsquelle (18) verbunden ist und weiter mit einem Anschlusspol (20) der Spannungsquelle (18) verbunden oder verbindbar ist, so dass eine von der Spannungsquelle (18) bereitgestellte Heizspannung zumindest teilweise über der elektrisch leitenden Heizschicht (14) abfällt, um den Wärmeübertrager (12) zu erwärmen, und wobei der keramische Wärmeübertrager (12) ein Heißleiter ist, so dass im Betrieb ein Heizstrom IH (60) zwischen einem ersten Bereich (22) der elektrisch leitenden Heizschicht (14) und einem nicht benachbarten zweiten Bereich (24) der elektrisch leitenden Heizschicht (14) durch den keramischen Wärmeübertrager (12) fließt. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Heizeinrichtung.The present invention relates to an electrical heating device (10) comprising a ceramic heat exchanger (12) and an electrically conductive heating layer (14) which forms a resistance heating element and which is applied directly to the ceramic heat exchanger (12), the electrically conductive heating layer (14) ) is connected to a ground pole (16) of a voltage source (18) and is further connected or connectable to a connection pole (20) of the voltage source (18), so that a heating voltage provided by the voltage source (18) is at least partially over the electrically conductive heating layer (14) drops to heat the heat exchanger (12), and wherein the ceramic heat exchanger (12) is a thermistor, so that during operation a heating current IH (60) between a first area (22) of the electrically conductive heating layer (14) and a non-adjacent second area (24) of the electrically conductive heating layer (14) flows through the ceramic heat exchanger (12) . The present invention also relates to a method for producing such an electrical heating device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Heizeinrichtung.The present invention relates to an electric heater and a method of manufacturing such an electric heater.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektrische Heizeinrichtung bereitzustellen, die einen geringen thermischen Übergangswiderstand zwischen dem Wärmeübertrager und dem verwendeten Heizelement aufweist, und weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Heizeinrichtung bereitzustellen.The present invention has for its object to provide an electric heater having a low thermal contact resistance between the heat exchanger and the heating element used, and also to provide a method for producing such an electric heater.

Beschrieben ist eine elektrische Heizeinrichtung umfassend einen keramischen Wärmeübertrager und eine elektrisch leitende Heizschicht, die ein Widerstandsheizelement bildet und die direkt auf den keramischen Wärmeübertrager aufgebracht ist, wobei die elektrisch leitende Heizschicht mit einem Massepol einer Spannungsquelle verbunden ist und weiter mit einem Anschlusspol der Spannungsquelle verbunden oder verbindbar ist, so dass eine von der Spannungsquelle bereitgestellte Heizspannung zumindest teilweise über der elektrisch leitenden Heizschicht abfällt, um den Wärmeübertrager zu erwärmen, und wobei der keramische Wärmeübertrager ein Heißleiter ist, so dass im Betrieb ein Heizstrom I_H zwischen einem ersten Bereich der elektrisch leitenden Heizschicht und einem nicht benachbarten zweiten Bereich der elektrisch leitenden Heizschicht durch den keramischen Wärmeübertrager fließt. Auf diese Weise kann ein besonders geringer thermischer Übergangswiderstand zwischen dem keramischen Wärmeübertrager und der elektrisch leitenden Heizschicht realisiert sein. Ein Heißleiter ist ein Material, dessen elektrischer Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten besitzt. Das bedeutet, dass der Heißleiter bei hohen Temperaturen elektrischen Strom besser leitet als bei tiefen Temperaturen. Der keramische Wärmeübertrager kann eine technische Keramik, beispielsweise eine Nichtoxidkeramik, vorzugsweise ein Karbid sein, umfassen oder aus diesem bestehen. Das Karbid kann beispielsweise Siliciumkarbit sein. Siliciumkarbid kann sein: Nitridgebundenes Siliciumkarbid (NSiC), (drucklos) gesintertes Siliciumkarbid (SSiC), siliciumfiltriertes Siliciumkarbid (SiSiC), flüssigphasengesintertes Siliciumkarbid (LPSiC), heiß gepresstes Siliciumkarbid (HPSiC), heiß isostatisch gepresstes Siliciumkarbid (HIPSiC), silikatisch gebundenes Siliciumkarbid (SiC), vorzugsweise rekristallisiertes Siliciumkarbid (RSiC). Zur Herstellung können auch weitere mit Bindemitteln versetzte, gepresste und anschließend gesinterte Metalloxide (technische Keramiken) zur Herstellung des keramischen Wärmeübertragers verwendet werden, die die gewünschte Heißleitereigenschaft aufweisen. Die elektrische Heizschicht kann beispielsweise durch ein thermisches Spritz- beziehungsweise Aufspritzverfahren flächig auf den keramischen Wärmeübertrager aufgebracht sein. Das thermische Spritzverfahren kann beispielsweise ein Plasmaspritzverfahren, ein Kaltgasspritzverfahren oder ein Flammspritzverfahren sein. Das thermische Spritzverfahren kann insbesondere ein Kaltgasplasmaspritzverfahren oder ein Suspensionsflammspritzverfahren sein. Beim Kaltgasspritzen wird ein Gas, beispielsweise Stickstoff, auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, wobei mit dem Gas beförderte Partikel mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise mehrfacher Schallgeschwindigkeit, auf den keramischen Wärmeübertrager auftreffen und durch die ihnen innewohnende hohe kinetische Energie eine dichte, fest haftende Schicht bilden. Beim Suspensionsflammspritzen wird zunächst eine Suspension mit den aufzubringenden/aufzuspritzenden Partikeln hergestellt, um diese Suspension dann mit einer Flamme einzudüsen. Dabei verdampft die Flüssigkeit zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, und es treffen im Idealfall nur die jeweiligen Partikel auf die Zieloberfläche des keramischen Wärmeübertragers auf, wodurch sich ebenfalls eine dichte Schicht herstellen lässt. Die elektrisch leitende Heizschicht ist dementsprechend besonders innig mit der Oberfläche des keramischen Wärmeübertragers verbunden. Bei der Herstellung der elektrisch leitenden Heizschicht kann zunächst ein vollflächiges Auftragen der Heizschicht auf den keramischen Wärmeübertrager erfolgen und in einem anschließenden Schritt eine Strukturierung der elektrischen Heizschicht vorgenommen werden, beispielsweise durch Lasern oder ein anderes geeignetes abrasives Verfahren wie Ätzen. Dies erlaubt ein Einstellen der durch die elektrische Heizeinrichtung erzeugbaren Wärmeleistung in einem späten Fertigungsschritt. Dadurch können Rohlinge des keramischen Wärmeübertragers mit aufgebrachtem aber noch nicht strukturiertem Schichtheizelement in standardisierter Form für unterschiedliche elektrische Heizungen gefertigt werden. Durch das Lasern können auf der Oberfläche des keramischen Wärmeübertragers auch gezielt elektrisch gut leitende Bereiche erzeugt werden, insbesondere wenn der keramische Wärmeübertrager an seiner gelaserten Oberfläche SIC umfasst, die beispielsweise im Rahmen einer notwendigen elektrischen Kontaktierung genutzt werden können. Die elektrisch leitende Heizschicht bildet in üblicher Weise einen ohmschen Widerstand, an dem unter Entwicklung von Wärme eine angelegte Spannung zwischen zwei voneinander beabstandeten Anschlusspunkten der elektrisch leitenden Heizschicht abfällt. Die Anschlusspunkte sind in üblicher Weise an eine Spannungsquelle angeschlossen beziehungsweise anschließbar. Die entstehende Wärme wird ausgehend von der elektrisch leitenden Heizschicht auf den keramischen Wärmeübertrager übertragen, so dass sich dieser erwärmt. Durch die Erwärmung des als Heißleiter ausgeführten keramischen Wärmeübertragers sinkt dessen ohmscher Widerstand beziehungsweise steigt dessen elektrische Leitfähigkeit. Dies begünstigt die Entstehung eines Heizstromes I_H in dem keramischen Wärmeübertrager, der zwischen zwei nicht benachbarten Anschnitten der elektrisch leitenden Heizschicht aufgrund der zwischen diesen Abschnitten herrschenden Spannungsdifferenz fließen kann. Der Heizstrom I_H verursacht eine weitere Erwärmung des keramischen Wärmeübertragers und mithin eine sekundäre Heizfunktion, die direkt innerhalb des keramischen Wärmeübertragers realisiert ist, ohne dass zunächst ein Wärmeeintrag in den keramischen Wärmeübertrager ausgehend von der elektrisch leitenden Heizschicht erfolgen muss. Die elektrisch leitende Heizschicht kann beispielsweise aus Nickel oder einer Chrom-Nickel-Legierung bestehen. Beim Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung entsteht ein dynamisches Gleichgewicht, da durch die Erwärmung des keramischen Wärmeübertragers der Heizstrom I_H anwächst und zugleich die durch die Heizschicht erbrachte Heizleistung sinkt.Described is an electric heater comprising a ceramic heat exchanger and an electrically conductive heating layer, which forms a resistance heating element and which is applied directly to the ceramic heat exchanger, wherein the electrically conductive heating layer is connected to a ground pole of a voltage source and further connected to a terminal pole of the voltage source or is connectable, so that a heating voltage provided by the voltage source at least partially drops over the electrically conductive heating layer to heat the heat exchanger, and wherein the ceramic heat exchanger is a thermistor, so that in operation a heating current I _H between a first region of the electrically conductive Heating layer and a non-adjacent second region of the electrically conductive heating layer flows through the ceramic heat exchanger. In this way, a particularly low thermal contact resistance between the ceramic heat exchanger and the electrically conductive heating layer can be realized. A thermistor is a material whose electrical resistance has a negative temperature coefficient. This means that the thermistor conducts electrical current better at high temperatures than at low temperatures. The ceramic heat exchanger may be a technical ceramic, for example a non-oxide ceramic, preferably a carbide, comprise or consist of this. The carbide may be, for example, silicon carbide. Silicon carbide may be: nitride bonded silicon carbide (NSiC), (unpressurized) sintered silicon carbide (SSiC), silicon silicon carbide (SiSiC), liquid phase sintered silicon carbide (LPSiC), hot pressed silicon carbide (HPSiC), hot isostatic silicon carbide (HIPSiC), silicon carbide silicon carbide ( SiC), preferably recrystallized silicon carbide (RSiC). For the production of other, with binders offset, pressed and then sintered metal oxides (engineering ceramics) can be used to produce the ceramic heat exchanger, which have the desired thermistor property. The electrical heating layer can be applied to the ceramic heat exchanger, for example, by a thermal spraying or spraying process. The thermal spraying method may be, for example, a plasma spraying method, a cold gas spraying method or a flame spraying method. The thermal spraying method may be, in particular, a cold gas plasma spraying method or a suspension flame spraying method. In cold gas spraying, a gas, such as nitrogen, is accelerated to high velocities, with particles carried by the gas impinging on the ceramic heat exchanger at high velocity, such as multiple sonic speeds, forming a dense, adherent layer through their inherent high kinetic energy. In suspension flame spraying, a suspension with the particles to be applied / sprayed on is first prepared in order to then inject this suspension with a flame. In this case, the liquid evaporates at least partially, preferably completely, and in the ideal case, only the respective particles strike the target surface of the ceramic heat exchanger, as a result of which a dense layer can likewise be produced. The electrically conductive heating layer is accordingly particularly intimately connected to the surface of the ceramic heat exchanger. In the production of the electrically conductive heating layer, a full-surface application of the heating layer on the ceramic heat exchanger can first be carried out and in a subsequent step, a structuring of the electrical heating layer be made, for example by lasers or other suitable abrasive method such as etching. This allows adjusting the heat output that can be generated by the electric heater in a late manufacturing step. As a result, blanks of the ceramic heat exchanger can be manufactured with applied but not yet structured Schichtheizelement in standardized form for different electric heaters. Lasering can also be used to selectively produce regions of good electrical conductivity on the surface of the ceramic heat exchanger, in particular if the ceramic heat exchanger comprises SIC on its lasered surface, which can be used, for example, as part of a necessary electrical contacting. The electrically conductive heating layer forms in the usual way an ohmic resistance at which an applied voltage drops between two spaced-apart connection points of the electrically conductive heating layer with the development of heat. The connection points are connected or connectable in a customary manner to a voltage source. The resulting heat is transferred, starting from the electrically conductive heating layer on the ceramic heat exchanger, so that it heats up. As a result of the heating of the ceramic heat exchanger designed as a thermistor, its ohmic resistance decreases or its electrical conductivity increases. This favors the emergence of a Heating current I _H in the ceramic heat exchanger, which can flow between two non-adjacent sections of the electrically conductive heating layer due to the prevailing between these sections voltage difference. The heating current I _H causes a further heating of the ceramic heat exchanger and thus a secondary heating function, which is realized directly within the ceramic heat exchanger, without first a heat input into the ceramic heat exchanger must be carried out starting from the electrically conductive heating layer. The electrically conductive heating layer may for example consist of nickel or a chromium-nickel alloy. During operation of the electrical heating means produces a dynamic equilibrium, since increases due to the heating of the ceramic heat exchanger of the heating current I _H and at the same time decreases the service provided by the heating heat output.

Eine primäre Heizfunktion der beschriebenen elektrischen Heizeinrichtung kann durch die elektrisch leitende Heizschicht realisiert sein. Eine sekundäre Heizfunktion kann durch direkt innerhalb des keramischen Wärmeübertragers induzierten Heizstrom I_H zwischen voneinander beabstandeten Abschnitten der elektrisch leitenden Heizschicht dargestellt sein. Da der keramische Wärmeübertrager als Heißleiter bei Zimmertemperatur als Isolator anzusehen ist, kann auf eine zusätzliche isolierende Schicht zwischen dem keramischen Wärmeübertrager und der elektrisch leitenden Heizschicht verzichtet werden. Auf diese Weise können thermische Übergangswiderstände zwischen der elektrisch leitenden Heizschicht und dem keramischen Wärmeübertrager weiter reduziert werden, da die Anzahl zwischenliegender Grenzflächen (Übergang keramischer Wärmeübertrager/Isolationsschicht und Isolationsschicht/elektrisch leitende Heizschicht entfallen) sinkt. Der keramische Wärmeübertrager und die elektrisch leitende Heizschicht können so gewählt sein, dass sie annähernd gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten haben, so dass mechanische Spannungen beim Erwärmen und beim Abkühlen der elektrischen Heizeinrichtung verringert werden, was sich positiv auf die Lebensdauer der elektrisch leitenden Heizschicht beziehungsweise der elektrischen Heizeinrichtung als Ganzes auswirkt. Die Spannungsquelle, die zur Versorgung der beschriebenen elektrischen Heizeinrichtung vorgesehen ist, kann wahlweise eine Gleich- oder Wechselspannung in einem Kleinspannungsbereich oder einem Hochspannungsbereich abgeben. Möglich ist auch, dass ein Steuergerät, das zur Steuerung der elektrischen Heizeinrichtung vorgesehen ist, die von der Spannungsquelle bereitgestellte Spannung je nach Bedarf umwandelt. Denkbar ist weiterhin, dass in Abhängigkeit von der Erwärmung des keramischen Wärmeübertragers die elektrische Heizeinrichtung mit verschiedenen Spannungen versorgt wird. Beispielsweise kann zunächst während einer Aufwärmphase eine Gleichspannung zum Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung bereitgestellt werden, um die primäre Heizfunktion effizienter zu nutzen, und anschließend während einer Betriebsphase eine Wechselspannung bereitgestellt werden, um die sekundäre Heizfunktion effizienter zu nutzen. Aufwärmphase und Betriebsphase können beispielsweise anhand verschiedener Temperaturniveaus der elektrischen Heizeinrichtung unterschieden werden. Eine Regelung der Heizleistung kann beispielsweise auch durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung erreicht werden.A primary heating function of the described electric heating device can be realized by the electrically conductive heating layer. A secondary heating function may be represented by heating current I _H induced directly within the ceramic heat exchanger between spaced-apart portions of the electrically conductive heating layer. Since the ceramic heat exchanger is to be regarded as a thermistor at room temperature as an insulator, can be dispensed with an additional insulating layer between the ceramic heat exchanger and the electrically conductive heating layer. In this way, thermal contact resistance between the electrically conductive heating layer and the ceramic heat exchanger can be further reduced, since the number of intermediate interfaces (transition of ceramic heat exchanger / insulation layer and insulation layer / electrically conductive heating layer omitted) decreases. The ceramic heat exchanger and the electrically conductive heating layer can be chosen so that they have approximately the same coefficients of thermal expansion, so that mechanical stresses are reduced during heating and cooling of the electric heater, which has a positive effect on the life of the electrically conductive heating layer or the electric heater Whole affects. The voltage source, which is provided for supplying the described electric heater, can optionally deliver a DC or AC voltage in a low voltage range or a high voltage range. It is also possible that a control device, which is provided for controlling the electric heating device, converts the voltage provided by the voltage source as needed. It is also conceivable that, depending on the heating of the ceramic heat exchanger, the electric heater is supplied with different voltages. For example, first during a warm-up phase, a DC voltage may be provided for operating the electrical heater to more efficiently utilize the primary heating function, and then provide an AC voltage during an operating phase to more efficiently utilize the secondary heating function. Warm-up phase and operating phase can be distinguished, for example, based on different temperature levels of the electric heater. A regulation of the heating power can be achieved for example by a pulse width modulated control.

Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der keramische Wärmeübertrager zumindest teilweise ein Waben- und/oder Gitterelement mit einer definierten Wandstärke einer Waben- und/oder Gitterstruktur ist. Auf diese Weise kann ein Wärmeübertrager mit einer im Verhältnis zu seinem Volumen großen Oberfläche bereitgestellt werden, wobei die Oberfläche als Kontaktfläche zu einem zu erwärmenden Medium dient. Das einzelne Waben- und/oder Gitterelement kann mit mehreren gleichartigen Waben- und/oder Gitterelementen zusammen die Waben- und/oder Gitterstruktur des keramischen Wärmeübertragers bilden. Als Wandstärke kann in diesem Zusammenhang beispielsweise die Dicke der die einzelnen Waben- und/oder Gitterelemente voneinander abgrenzenden Stege aufgefasst werden.Usefully it can be provided that the ceramic heat exchanger is at least partially a honeycomb and / or grid element with a defined wall thickness of a honeycomb and / or lattice structure. In this way, a heat exchanger can be provided with a large surface in relation to its volume, wherein the surface serves as a contact surface to a medium to be heated. The individual honeycomb and / or grid element can form with several similar honeycomb and / or grid elements together the honeycomb and / or grid structure of the ceramic heat exchanger. As a wall thickness, in this context, for example, the thickness of the individual honeycomb and / or grid elements delimiting webs can be considered.

Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Wandstärke der Waben- und/oder Gitterstruktur räumlich variiert. Auf diese Weise kann das Verhältnis zwischen Volumen und Oberfläche beeinflusst werden. Eine räumliche Variation der Wandstärke der Waben- und/oder Gitterstruktur erlaubt eine Optimierung bezüglich Wärmetransport und Strömungswiderstand des keramischen Wärmeübertragers.Advantageously, it can be provided that the wall thickness of the honeycomb and / or lattice structure varies spatially. In this way, the relationship between volume and surface can be influenced. A spatial variation of the wall thickness of the honeycomb and / or lattice structure allows optimization with respect to heat transfer and flow resistance of the ceramic heat exchanger.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Wandstärke der Waben- und/oder Gitterstruktur des keramischen Wärmeübertragers ausgehend von der elektrisch leitenden Heizschicht abnimmt. Auf diese Weise kann ein verbesserter Wärmestrom in von der Heizschicht weiter entfernte Regionen des Wärmeübertragers ermöglicht werden. In den weiter von der elektrischen Heizschicht entfernten Regionen des keramischen Wärmeübertragers kann die Wandstärke geringer gewählt werden, wodurch der an dem keramischen Wärmeübertrager abfallende Druckverlust reduziert wird.Furthermore, it can be provided that the wall thickness of the honeycomb and / or lattice structure of the ceramic heat exchanger decreases starting from the electrically conductive heating layer. In this way, an improved heat flow in regions of the heat exchanger farther from the heating layer can be made possible. In the regions of the ceramic heat exchanger which are further away from the electrical heating layer, the wall thickness can be chosen to be smaller, as a result of which the pressure drop across the ceramic heat exchanger is reduced.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der keramische Wärmeübertrager von einem zu erwärmenden Medium durchströmbar ist. Auf diese Weise kann die in den keramischen Wärmeübertrager eingetragene Wärme auf das zu erwärmende Medium, beispielsweise Luft oder ein Wasser/Glykolgemisch, übertragen werden.It can also be provided that the ceramic heat exchanger can be flowed through by a medium to be heated. In this way, the heat introduced into the ceramic heat exchanger can be applied to the medium to be heated, For example, air or a water / glycol mixture transferred.

Nützlicherweise kann auch vorgesehen sein, dass ein minimaler Abstand zwischen dem ersten Abschnitt der elektrischen Heizschicht und dem nicht benachbarten zweiten Abschnitt der elektrischen Heizschicht zwischen denen im Betrieb der Heizstrom I_H durch den keramischen Wärmeübertrager fließt, konstant ist. Durch den gleichbleibenden minimalen Abstand zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt kann ein entlang des sich ergebenden Spaltes zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ein gleich bleibender Heizstrom I_H in Abhängigkeit von der vorhandenen Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt realisiert sein.Usefully, it may also be provided that a minimum distance between the first section of the electrical heating layer and the non-adjacent second section of the electrical heating layer between which the heating current I _{H flows} through the ceramic heat exchanger during operation is constant. Due to the constant minimum distance between the first section and the second section, a constant heating current I _H can be realized along the resulting gap between the first section and the second section as a function of the existing voltage difference between the first section and the second section ,

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass ein minimaler Abstand zwischen dem ersten Abschnitt der elektrischen Heizschicht und dem nicht benachbarten zweiten Abschnitt der elektrischen Heizschicht zwischen denen im Betrieb der Heizstrom I_H durch den keramischen Wärmeübertrager fließt, nicht konstant ist. Auf diese Weise kann der zur Erzeugung der sekundären Heizfunktion erzeugte Heizstrom I_H in dem keramischen Wärmeübertrager gezielt angepasst werden, so dass die Effizienz der elektrischen Heizeinrichtung verbessert werden kann.Alternatively, it can also be provided that a minimum distance between the first section of the electrical heating layer and the non-adjacent second section of the electrical heating layer between which the heating current I _{H flows} through the ceramic heat exchanger during operation is not constant. In this way, the heating current I _H generated for generating the secondary heating function can be specifically adapted in the ceramic heat exchanger, so that the efficiency of the electric heating device can be improved.

Nützlicherweise kann auch vorgesehen sein, dass ein Steuergerät vorgesehen ist, das dazu eingerichtet ist, eine Temperatur des keramischen Wärmeübertragers durch eine Messung des elektrischen Widerstands des keramischen Wärmeübertragers zu bestimmen. Aufgrund der temperaturabhängigen Leitfähigkeit des keramischen Wärmeübertragers kann dessen Temperatur durch eine einfache Widerstandsmessung ausreichend genau bestimmt werden. In Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur kann beispielsweise eine dem elektrischen Heizgerät zugeführte Spannung angepasst werden.Usefully, it can also be provided that a control device is provided, which is set up to determine a temperature of the ceramic heat exchanger by measuring the electrical resistance of the ceramic heat exchanger. Due to the temperature-dependent conductivity of the ceramic heat exchanger whose temperature can be determined sufficiently accurately by a simple resistance measurement. Depending on the measured temperature, for example, a voltage supplied to the electric heater can be adjusted.

Eine elektrische Heizeinrichtung mit den vorstehend beschriebenen Eigenschaften kann vorteilhafterweise in einem Fahrzeug vorgesehen sein.An electric heater having the above-described characteristics may be advantageously provided in a vehicle.

Beschrieben ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen elektrischen Heizeinrichtung, umfassend die folgenden Schritte:

– Bereitstellen des keramischen Wärmeübertragers; Aufbringen der elektrisch leitenden Heizschicht auf eine Oberfläche des keramischen Wärmeübertragers;
– Strukturieren der elektrisch leitenden Heizschicht, um einen Abstand zwischen dem ersten Abschnitt der elektrisch leitenden Heizschicht und dem nicht benachbarten zweiten Abschnitt der elektrisch leitenden Heizschicht festzulegen; und
– Vorbereiten eines ersten Anschlusspunktes an der elektrisch leitenden Heizschicht und eines zweiten Anschlusspunktes an der elektrisch leitenden Heizschicht für die Spannungsquelle.

Also described is a method of manufacturing such an electric heater, comprising the following steps:

- Providing the ceramic heat exchanger; Applying the electrically conductive heating layer to a surface of the ceramic heat exchanger;
- structuring the electrically conductive heating layer to define a distance between the first portion of the electrically conductive heating layer and the non-adjacent second portion of the electrically conductive heating layer; and
Preparing a first connection point on the electrically conductive heating layer and a second connection point on the electrically conductive heating layer for the voltage source.

Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung jeder der vorstehend beschriebenen Heizeinrichtungen verwendet werden.The method can be used in particular for the production of any of the heating devices described above.

Auf diese Weise werden die Vorteile und Besonderheiten der beschriebenen elektrischen Heizeinrichtung auch im Rahmen des beschriebenen Verfahrens umgesetzt.In this way, the advantages and peculiarities of the electric heating device described are also implemented in the context of the described method.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen anhand einer Ausführungsform beispielhaft erläutert.The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings with reference to an embodiment.

Es zeigen:Show it:

1 ein Fahrzeug mit einer elektrischen Heizeinrichtung; 1 a vehicle with an electric heater;

2 einen Ausschnitt eines keramischen Wärmeübertragers mit elektrisch leitender Heizschicht; 2 a section of a ceramic heat exchanger with electrically conductive heating layer;

3 eine erste teilweise Außenansicht eines Wärmeübertragers; 3 a first partial external view of a heat exchanger;

4 eine Schnittansicht eines Wärmeübertragers; 4 a sectional view of a heat exchanger;

5 eine Draufsicht auf einen Wärmeübertrager; und 5 a plan view of a heat exchanger; and

6 eine typische Kennlinie eines Heißleiters. 6 a typical characteristic of a thermistor.

In den folgenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Teile.In the following drawings, like reference characters designate like or similar parts.

1 zeigt ein Fahrzeug 36 mit einer elektrischen Heizeinrichtung 10. Das Fahrzeug 36 umfasst weiterhin ein Steuergerät 34, eine Spannungsquelle 18, einen Raum 48 und ein Gebläse 46. Die Spannungsquelle 18 ist über eine nicht näher bezeichnete Leitung mit dem Steuergerät 34 verbunden, so dass das Steuergerät 34 das Gebläse 46 und die elektrische Heizeinrichtung 10 mit der zu deren Betrieb notwendigen elektrischen Energie versorgen kann. Die elektrische Heizeinrichtung 10 wird bei dem dargestellten Fahrzeug 36 zur Erwärmung des Raumes 48, der beispielsweise ein Fahrgastraum des Fahrzeugs 36 sein kann, verwendet. Die elektrische Heizeinrichtung 10 kann insbesondere zur direkten Erwärmung von Luft eingerichtet sein. Das Gebläse 46 kann über eine Außenraumluftzuführung 52 und eine Innenraumluftzuführung 50 Luft über eine Luftführung 56 der elektrischen Heizeinrichtung 10 zuführen. Die elektrische Heizeinrichtung 10 kann die zugeführte Luft erwärmen und über eine weitere Luftführung 58 an den Raum 48 abgeben. Über die Innenraumluftzuführung 50 kann Luft aus dem Raum 48 von dem Gebläse 46 angesaugt werden, so dass eine Umluftbelüftung des Raumes 48 realisierbar ist. Über die Außenraumluftzuführung 52 kann Frischluft von außerhalb des Fahrzeugs 36 angesaugt werden, so dass dem Raum 48 auch erwärmte Frischluft zuführbar ist. Über nicht dargestellte Ventileinrichtungen können die Volumenanteile der über das Gebläse 46 angesaugten Frischluft und der aus dem Raum 48 abgesaugten Raumluft variabel eingestellt werden. Das Steuergerät 34 steuert das Gebläse 46 über eine elektrische Steuerleitung 54. Das Steuergerät 34 steuert weiterhin auch die elektrische Heizeinrichtung 10. Zu diesem Zweck kann das Steuergerät 34 über elektrische Leitungen mit einem Massepol 16 und einem Anschlusspol 20 an die elektrische Heizeinrichtung 10 gekoppelt sein. Der Anschlusspol 20 kann beispielsweise ein Pluspol der elektrischen Spannungsquelle 18 sein und der Massepol 16 kann beispielsweise ein Minuspol der elektrischen Spannungsquelle 18 sein, wenn die elektrische Spannungsquelle 18 eine Gleichstromquelle, beispielsweise eine Batterie ist. Alternativ ist auch denkbar, dass die Spannungsquelle 18 eine Wechselstromquelle ist. Denkbar ist, dass das Steuergerät 34 die von der Spannungsquelle 18 bereitgestellte Versorgungsspannung in Abhängigkeit von der Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung variiert. Beispielsweise kann während einer Aufheizphase bei einer niedrigen Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung 10 eine Gleichspannung bereitgestellt werden, die eine primäre Heizfunktion effizient nutzt. Während einer anschließenden Betriebsphase, bei einer höheren Betriebstemperatur der elektrischen Heizeinrichtung kann eine Wechselspannung bereitgestellt werden, die eine sekundäre Heizfunktion effizient nutzt. Das Steuergerät 34 kann von einer nicht dargestellten übergeordneten Steuerung einer HVAC (”Heating, Ventilation and Air Conditioning”) angesteuert sein. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die übergeordnete HVAC das Gebläse 46 direkt ansteuern. 1 shows a vehicle 36 with an electric heater 10 , The vehicle 36 further includes a controller 34 , a voltage source 18 , a room 48 and a fan 46 , The voltage source 18 is via an unspecified line to the controller 34 connected so that the control unit 34 the blower 46 and the electric heater 10 can supply with the necessary for their operation electrical energy. The electric heater 10 is in the illustrated vehicle 36 to warm the room 48 for example, a passenger compartment of the vehicle 36 can be used. The electric heater 10 can be set up in particular for the direct heating of air. The fan 46 can via an outdoor air supply 52 and an indoor air supply 50 Air over one air duct 56 the electric heater 10 respectively. The electric heater 10 can heat the incoming air and another air duct 58 to the room 48 submit. About the indoor air supply 50 can air out of the room 48 from the blower 46 be sucked so that a recirculation ventilation of the room 48 is feasible. About the outside air supply 52 can fresh air from outside the vehicle 36 be sucked, leaving the room 48 also heated fresh air can be supplied. Not shown valve means, the volume components of the blower 46 fresh air sucked in and out of the room 48 aspirated room air can be adjusted variably. The control unit 34 controls the fan 46 via an electrical control line 54 , The control unit 34 continues to control the electric heater 10 , For this purpose, the control unit 34 via electrical lines with a grounding pole 16 and a connection pole 20 to the electric heater 10 be coupled. The connection pole 20 For example, a positive pole of the electrical voltage source 18 his and the ground pole 16 For example, a negative pole of the electrical voltage source 18 be when the electrical power source 18 a DC power source, for example a battery. Alternatively, it is also conceivable that the voltage source 18 is an AC power source. It is conceivable that the control unit 34 that from the voltage source 18 Provided supply voltage varies depending on the temperature of the electric heater. For example, during a heating phase at a low temperature of the electric heater 10 a DC voltage can be provided which efficiently utilizes a primary heating function. During a subsequent phase of operation, at a higher operating temperature of the electric heater, an AC voltage may be provided which efficiently utilizes a secondary heating function. The control unit 34 can be controlled by a not shown higher-level control of a HVAC ("Heating, Ventilation and Air Conditioning"). In an alternative embodiment not shown, the parent HVAC may be the blower 46 drive directly.

2 zeigt einen Ausschnitt eines keramischen Wärmeüberträgers 12 mit aufgebrachter elektrisch leitender Heizschicht. Der dargestellte Ausschnitt des keramischen Wärmeübertragers 12 zeigt eine Waben- und/oder Gitterstruktur 30, die aus einzelnen Waben- und/oder Gitterelementen 26 aufgebaut ist. Im vorliegenden Fall ist der keramische Wärmeübertrager 12 aus identischen Waben- und/oder Gitterstrukturen 26 zusammengesetzt, die eine einheitliche Wandstärke 28 aufweisen. Auf einer Oberfläche 38 des keramischen Wärmeübertragers 12 ist eine elektrisch leitende Heizschicht 14 direkt, das heißt insbesondere ohne eine zwischen der elektrisch leitenden Heizschicht 14 und dem keramischen Wärmeübertrager 12 angeordnete isolierende Zwischenschicht, aufgebracht. Die in 2 sichtbare elektrisch leitende Heizschicht 14 ist strukturiert, so dass die elektrisch leitende Heizschicht 14 beispielsweise eine oder mehrere voneinander getrennte Leiterbahnen auf der Oberfläche 38 des keramischen Wärmeübertragers 12 ausbildet. Ein erster Bereich 22 der elektrisch leitenden Heizschicht 14 kann von einem nicht benachbarten zweiten Bereich 24 einen insbesondere minimalen Abstand 40 aufweisen. Der minimale Abstand 40 zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 kann beispielsweise als Spaltbreite zwischen Leiterbahnabschnitten der elektrisch leitenden Heizschicht 14 ausgeführt/realisiert sein. Der Abstand 40 definiert im Wesentlichen einen Spaltwiderstand R_GAP 62 zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24. Die elektrisch leitende Heizschicht 14 kann einen ohmschen Widerstand bilden, über den elektrische Energie in Wärmeenergie umgesetzt wird, wenn eine elektrische Spannung an entsprechenden in 2 nicht dargestellten Anschlusspolen der Leiterbahn/-en angelegt ist. Der ohmsche Widerstand der elektrisch leitenden Heizschicht 14 kann insbesondere durch eine Leiterbahnbreite 74 und eine Schichtdicke 72 gegeben sein, die letztlich den Querschnitt einzelner Leiterbahnabschnitte der elektrisch leitenden Heizschicht 14 vorgeben. Wenn eine elektrische Spannung an die elektrisch leitende Heizschicht 14 angelegt wird, erwärmt sich die elektrisch leitende Heizschicht 14. Dies kann als primäre Heizleistung der elektrischen Heizeinrichtung 10 angesehen werden. Im Folgenden wird die Funktionsweise der sekundären Heizleistung der beschriebenen elektrischen Heizeinrichtung erläutert. 2 shows a section of a ceramic heat exchanger 12 with applied electrically conductive heating layer. The illustrated section of the ceramic heat exchanger 12 shows a honeycomb and / or grid structure 30 consisting of individual honeycomb and / or grid elements 26 is constructed. In the present case, the ceramic heat exchanger 12 from identical honeycomb and / or grid structures 26 composed of a uniform wall thickness 28 exhibit. On a surface 38 of the ceramic heat exchanger 12 is an electrically conductive heating layer 14 directly, ie in particular without a between the electrically conductive heating layer 14 and the ceramic heat exchanger 12 arranged insulating intermediate layer, applied. In the 2 visible electrically conductive heating layer 14 is structured so that the electrically conductive heating layer 14 For example, one or more separate interconnects on the surface 38 of the ceramic heat exchanger 12 formed. A first area 22 the electrically conductive heating layer 14 can be from a non-adjacent second area 24 a particular minimum distance 40 exhibit. The minimum distance 40 between the first area 22 and the second area 24 can, for example, as a gap width between conductor track sections of the electrically conductive heating layer 14 be executed / realized. The distance 40 essentially defines a gap resistance R _GAP 62 between the first area 22 and the second area 24 , The electrically conductive heating layer 14 can form an ohmic resistance, through which electrical energy is converted into heat energy, when an electric voltage is applied to corresponding in 2 not shown connecting poles of the conductor / -en is applied. The ohmic resistance of the electrically conductive heating layer 14 can in particular by a conductor track width 74 and a layer thickness 72 be given that ultimately the cross section of individual conductor track sections of the electrically conductive heating layer 14 pretend. When an electrical voltage is applied to the electrically conductive heating layer 14 is applied, the electrically conductive heating layer heats up 14 , This can be considered as primary heating power of the electric heater 10 be considered. In the following, the operation of the secondary heating power of the described electric heater will be explained.

Durch die Erwärmung der elektrisch leitenden Heizschicht 14 wird der keramische Wärmeübertrager 12 erwärmt. Der keramische Wärmeübertrager 12 ist ein Heißleiter, so dass der Spaltwiderstand R_GAP 62 zwischen dem ersten Bereich 22 der elektrisch leitenden Heizschicht 14 und dem zweiten Bereich 24 der elektrisch leitenden Heizschicht 14, die mit dem minimalen Abstand 40 voneinander auf der Oberfläche 38 des keramischen Wärmeübertragers 12 angeordnet sind, reduziert. Dementsprechend bildet sich ein Heizstrom I_H 60 zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz ΔU zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 in und unter der Oberfläche 38 im Inneren des keramischen Wärmeübertragers 12 aus. Der Heizstrom I_H 60 kann wiederum zur Erwärmung des keramischen Wärmeübertragers 12 beitragen und den keramischen Wärmeübertrager 12 weiter aufheizen. Beispielsweise kann das Material des keramischen Wärmeübertragers 12 bei einer Temperatur von etwa 225°C einen spezifischen Widerstand ρ von etwa 10⁶ Ω mm haben (vergleiche auch 6). Bei einer angenommenen Spaltbreite L_GAP von 100 μm und einem stromdurchflossenen Bereich von ungefähr 1 mm in der Oberfläche 38 des keramischen Wärmeübertragers 12 sowie einer Breite des ersten Abschnitts 22 beziehungsweise des zweiten Abschnitts 24 von beispielsweise 540 mm ergibt sich für den Spaltwiderstand R_GAP gemäß der Formel R_GAP = (ρ·L_GAP)/(H·L_BAHN) schätzungsweise ein Wert von 185 Ω. Geht man nun weiterhin davon aus, dass die ortsabhängige Spannungsdifferenz ΔU zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 bei einer Versorgungsspannung von 48 V zwischen 52 und 0 V liegt, erhält man, sofern die Spannungsdifferenz ΔU zunächst gemittelt wird, gemäß der allgemeinen Formel P_GAP = ΔU²/R_GAP als Abschätzung für die sekundäre Heizleistung ungefähr 4 W. Umfasst die elektrische Heizschicht 14 insgesamt beispielsweise vierzig voneinander unabhängige Leiterbahnen, welche je 4 W zu der sekundären Heizleistung beitragen können, so ergibt sich insgesamt eine ungefähre sekundäre Heizleistung von 160 Watt. Der Beitrag der sekundären Heizleistung durch den keramischen Wärmeübertrager 12 zu der Gesamtheizleistung der elektrischen Heizeinrichtung kann in Abhängigkeit von der Temperatur und dem gewählten Abstand 40 zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 zwischen 0 und nahezu 100% eingestellt werden. Vorteilhafterweise ist insbesondere im Kleinspannungsbereich, das heißt bei einer Versorgungsspannung kleiner als 120 V eine besonders effiziente Heizeinrichtung realisiert, da in diesem Spannungsbereich keine zusätzliche Isolation erforderlich ist. Für Wechselspannung liegt die Grenze zwischen Klein- und Hochspannungsbereich bei etwa 50 V und gemäß VDE 0100 für Gleichspannung bei etwa 120 V.By heating the electrically conductive heating layer 14 becomes the ceramic heat exchanger 12 heated. The ceramic heat exchanger 12 is a thermistor, so the gap resistance R _GAP 62 between the first area 22 the electrically conductive heating layer 14 and the second area 24 the electrically conductive heating layer 14 that with the minimum distance 40 from each other on the surface 38 of the ceramic heat exchanger 12 are arranged, reduced. Accordingly, a heating current I _{H is formed} 60 between the first area 22 and the second area 24 depending on the potential difference ΔU between the first region 22 and the second area 24 in and below the surface 38 inside the ceramic heat exchanger 12 out. The heating current I _H 60 in turn, can be used to heat the ceramic heat exchanger 12 contribute and the ceramic heat exchanger 12 continue to heat up. For example, the material of the ceramic heat exchanger 12 at a temperature of about 225 ° C have a resistivity ρ of about 10 ⁶ Ω mm (see also 6 ). For an assumed Gap width L _GAP of 100 microns and a current-carrying area of about 1 mm in the surface 38 of the ceramic heat exchanger 12 and a width of the first section 22 or the second section 24 of, for example, 540 mm results for the gap resistance R _GAP according to the formula R _GAP = (ρ × L _GAP ) / (H × L _BAHN ) an estimated value of 185 Ω. If one continues to assume that the location-dependent voltage difference .DELTA.U between the first range 22 and the second area 24 is at a supply voltage of 48 V between 52 and 0 V, one obtains, provided that the voltage difference .DELTA.U is first averaged, according to the general formula P _GAP = ΔU ² / R _GAP as an estimate for the secondary heating power about 4 W. Includes the electric heating layer 14 in total, for example, forty independent interconnects, each of which can contribute 4 W to the secondary heating power, the overall result is an approximate secondary heating power of 160 watts. The contribution of the secondary heating power through the ceramic heat exchanger 12 to the total heating power of the electric heater may vary depending on the temperature and the selected distance 40 between the first area 22 and the second area 24 between 0 and almost 100%. Advantageously, particularly in the low voltage range, that is to say at a supply voltage of less than 120 V, a particularly efficient heating device is realized, since no additional insulation is required in this voltage range. For AC voltage the limit between low and high voltage range is about 50 V and according to VDE 0100 for DC voltage about 120 V.

Es sollte verstanden werden, dass die vorstehend gemachte Abschätzung der sekundären Heizleistung des keramischen Wärmeübertragers 12 sehr grob ist. Genauere Werte können selbstverständlich durch entsprechende Messungen, beispielsweise an Prototypen gewonnen werden. Detaillierte analytische Berechnungen, die insbesondere auch die spezielle Geometrie des keramischen Wärmeübertragers 12 und der elektrisch leitenden Heizschicht 14 berücksichtigen, sind ebenfalls möglich.It should be understood that the above estimate of the secondary heating power of the ceramic heat exchanger 12 very rough. Clearer values can of course be obtained by appropriate measurements, for example on prototypes. Detailed analytical calculations, in particular, the special geometry of the ceramic heat exchanger 12 and the electrically conductive heating layer 14 take into account are also possible.

3 zeigt eine erste teilweise Außenansicht eines keramischen Wärmeübertragers 12. Der in 3 dargestellte keramische Wärmeübertrager 12 ist von einem Medium 32, welches durch den Wärmeübertrager 12 erwärmt werden soll, durchströmbar. Auf dem keramischen Wärmeübertrager 12 ist die elektrisch leitende Heizschicht 14 aufgebracht. Symbolhaft dargestellt sind in 3 weiterhin ein ”Pluspol” und ein ”Minuspol” an der elektrisch leitenden Heizschicht 14. Im nicht sichtbaren unteren Bereich des keramischen Wärmeübertragers 12 erfolgt üblicherweise eine Verbindung der beiden in 3 getrennt dargestellten Bereiche der elektrisch leitenden Heizschicht 14, so dass diese insbesondere eine einzige elektrisch leitende Leiterbahn mit einem definierten ohmschen Widerstand darstellen kann. Elektrische Anschlusskontakte der elektrisch leitenden Heizschicht 14 können über einer Halterung 64 zugeordnete Klemmen 66 realisiert sein, die dann den Massepol 16 und den Anschlusspol 20 für die nicht dargestellte Spannungsquelle bereitstellen. Die elektrische Verbindung zwischen den Klemmen 66 und der elektrisch leitenden Heizschicht 14 wird im Folgenden im Zusammenhang mit 4 lediglich beispielhaft verdeutlicht, die den keramischen Wärmeübertrager 12 entlang einer Schnittebene 68 darstellt. 3 shows a first partial external view of a ceramic heat exchanger 12 , The in 3 illustrated ceramic heat exchanger 12 is from a medium 32 passing through the heat exchanger 12 should be heated, flowed through. On the ceramic heat exchanger 12 is the electrically conductive heating layer 14 applied. Symbolically represented in 3 furthermore a "positive pole" and a "negative pole" at the electrically conductive heating layer 14 , In the invisible lower area of the ceramic heat exchanger 12 usually a connection of the two in 3 shown separately areas of the electrically conductive heating layer 14 so that it can represent in particular a single electrically conductive trace with a defined ohmic resistance. Electrical connection contacts of the electrically conductive heating layer 14 can over a bracket 64 assigned terminals 66 be realized, which then the ground pole 16 and the connection pole 20 provide for the voltage source, not shown. The electrical connection between the terminals 66 and the electrically conductive heating layer 14 is related below 4 merely exemplified clarifies the ceramic heat exchanger 12 along a cutting plane 68 represents.

4 zeigt eine Schnittansicht eines keramischen Wärmeübertragers. Erkennbar ist die Waben- und/oder Gitterstruktur 30 des keramischen Wärmeübertragers 12. Außen auf der Oberfläche des keramischen Wärmeübertragers 12 ist die elektrisch leitende Heizschicht 14 erkennbar, die als verdickte Linie dargestellt ist. Die der Halterung 64 zugeordnete und sichtbare Klemme 66 steht an Kontaktstellen 70 in elektrisch leitendem Kontakt mit der elektrisch leitenden Heizschicht 14, so dass die Verbindung der elektrisch leitenden Heizschicht 14 mit der Spannungsquelle bereitgestellt werden kann. Aufgrund der seitlichen Darstellung sind in 4 zwei Kontaktstellen 70 erkennbar, die beide mit demselben Pol der Spannungsquelle verbunden sind. Dementsprechend müssen die beiden sichtbaren Abschnitte der elektrisch leitenden Heizschicht 14 nicht in dem nicht dargestellten Bereich miteinander verbunden sein sondern können Teile zweier voneinander unabhängiger Leiterbahnen auf verschiedenen Seiten des keramischen Wärmeübertragers 12 sein. 4 shows a sectional view of a ceramic heat exchanger. Visible is the honeycomb and / or lattice structure 30 of the ceramic heat exchanger 12 , Outside on the surface of the ceramic heat exchanger 12 is the electrically conductive heating layer 14 recognizable, which is shown as a thickened line. The holder 64 associated and visible clamp 66 is at contact points 70 in electrically conductive contact with the electrically conductive heating layer 14 so that the connection of the electrically conductive heating layer 14 can be provided with the voltage source. Due to the lateral representation are in 4 two contact points 70 recognizable, which are both connected to the same pole of the voltage source. Accordingly, the two visible portions of the electrically conductive heating layer 14 can not be connected to each other in the region not shown but can parts of two independent interconnects on different sides of the ceramic heat exchanger 12 be.

5 zeigt eine Draufsicht auf einen keramischen Wärmeübertrager. Der in 5 dargestellte Wärmeübertrager 12 trägt die auf seiner Oberfläche 38 als einfache Leiterbahn ausgeführte elektrisch leitende Heizschicht 14. Die elektrisch leitende Heizschicht 14 ist mit dem Massepol 16 und dem Anschlusspol 20 elektrisch leitend gekoppelt. Hierfür kann ein erster Anschlusspunkt 42 und ein zweiter Anschlusspunkt 44 auf der elektrisch leitenden Heizschicht 14 vorgesehen sein. Gekennzeichnet sind weiterhin der erste Bereich 22 und der zweite Bereich 24. Die beiden Bereiche 22, 24 sind voneinander durch den minimalen Abstand 40 getrennt. Bei Zimmertemperatur ist der über den Abstand 40 definierte ohmsche Widerstand zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 groß, so dass die durch die Spannungsquelle erzeugte Potentialdifferenz ΔU praktisch ausschließlich einen Strom in der elektrisch leitenden Heizschicht 14 verursacht, durch den diese erwärmt wird. Die Erwärmung der elektrisch leitenden Heizschicht 14 erwärmt anschließend den keramsichen Wärmeübertrager 12. Durch die Erwärmung des keramischen Wärmeübertragers 12 sinkt der zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 bestehende ohmsche Widerstand über den keramischen Wärmeübertrager 12 so weit ab, dass schließlich ein nennenswerter Heizstrom I_H zwischen dem ersten Bereich 22 und dem zweiten Bereich 24 direkt, das heißt unter Umgehung der weiteren Leiterschleife der elektrisch leitenden Heizschicht 14, fließt. Der Heizstrom I_H erzeugt die sekundäre Heizleistung durch eine direkte Erwärmung des keramischen Wärmeübertragers 12 aufgrund des in dem keramischen Wärmeübertagers 12 fließenden Heizstromes I_H. 5 shows a plan view of a ceramic heat exchanger. The in 5 illustrated heat exchanger 12 he wears it on his surface 38 designed as a simple conductor electrically conductive heating layer 14 , The electrically conductive heating layer 14 is with the ground pole 16 and the connection pole 20 coupled electrically conductive. This can be a first connection point 42 and a second connection point 44 on the electrically conductive heating layer 14 be provided. The first area is still marked 22 and the second area 24 , The two areas 22 . 24 are separated from each other by the minimum distance 40 separated. At room temperature is the over the distance 40 defined ohmic resistance between the first area 22 and the second area 24 large, so that the potential difference .DELTA.U generated by the voltage source almost exclusively a current in the electrically conductive heating layer 14 caused by this is heated. The heating of the electrically conductive heating layer 14 then heat the keramsichen heat exchanger 12 , By heating the ceramic heat exchanger 12 decreases between the first area 22 and the second area 24 existing ohmic resistance over the ceramic heat exchanger 12 so far from that finally a significant heating current I _H between the first area 22 and the second area 24 directly, that is, bypassing the other conductor loop of the electrically conductive heating layer 14 , flows. The heating current I _H generates the secondary heating power by direct heating of the ceramic heat exchanger 12 due to in the ceramic heat exchanger 12 flowing heating current I _H.

6 zeigt eine typische Kennlinie eines Heißleiters. Ausgehend von Zimmertemperatur, circa 20°C, sinkt der spezifische Widerstand ρ beispielhaft von 5·10⁷ Ω cm auf 10⁵ Ω cm bei etwa 220°C, was eine typische Arbeitstemperatur des keramischen Wärmeübertragers 12 beim Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung 10 darstellen kann. 6 shows a typical characteristic of a thermistor. Starting from room temperature, about 20 ° C, the specific resistance ρ drops for example from 5 · 10 ⁷ Ω cm to 10 ⁵ Ω cm at about 220 ° C, which is a typical working temperature of the ceramic heat exchanger 12 during operation of the electric heater 10 can represent.

Der spezifische Widerstand des keramischen Wärmeübertragers kann somit um mehr als zwei Zehnerpotenzen absinken. Ein für die beschriebene Heizeinrichtung bevorzugter Heißleiter kann bei Raumtemperatur insbesondere einen spezifischen Widerstand haben, der zwischen 10⁶ Ωcm und 10⁹ Ωcm liegt. Dies kann insbesondere auf RSiC zutreffen. Bei Verwendung von mit Si gefülltem SiC kann der bevorzugte spezifische Widerstand bei Raumtemperatur zwischen 10^–3 Ωcm und 10 Ωcm liegen.The specific resistance of the ceramic heat exchanger can thus decrease by more than two orders of magnitude. In particular, a thermistor which is preferred for the heating device described can have a specific resistance at room temperature which is between 10 ⁶ Ωcm and 10 ⁹ Ωcm. This may apply in particular to RSiC. With the use of SiC-filled Si, the preferred resistivity at room temperature of between 10 ^-3 ohm-cm and 10 ohm-cm can lie.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential to the realization of the invention both individually and in any combination.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: elektrische Heizeinrichtungelectric heating device
1212: keramischer Wärmeübertragerceramic heat exchanger
1414: elektrisch leitende Heizschichtelectrically conductive heating layer
1616: Massepolground pole
1818: Spannungsquellevoltage source
2020: Anschlusspolconnecting pole
2222: erster Bereichfirst area
2424: zweiter Bereichsecond area
2626: Waben- und/oder GitterelementHoneycomb and / or grid element
2828: WandstärkeWall thickness
3030: Waben- und/oder GitterstrukturHoneycomb and / or grid structure
3232: Mediummedium
3434: Steuergerätcontrol unit
3636: Fahrzeugvehicle
3838: Oberflächesurface
4040: Abstanddistance
4242: erster Anschlusspunktfirst connection point
4444: zweiter Anschlusspunktsecond connection point
4646: Gebläsefan
4848: Raumroom
5050: InnenraumluftzuführungIndoor air supply
5252: AußenraumluftzuführungOutdoor air supply
5454: elektrische Steuerleitungelectrical control line
5656: Luftführungair duct
5858: weitere Luftführungfurther airflow
6060: Heizstrom I_H Heating current I _H
6262: Spaltwiderstand R_GAP Gap resistance R _GAP
6464: Halterungbracket
6666: Klemmeclamp
6868: Schnittebenecutting plane
7070: Kontaktstellecontact point
7272: Schichtdickelayer thickness
7474: LeiterbahnbreiteTrack width

Claims

Electric heating device ( 10 ) comprising - a ceramic heat exchanger ( 12 ) and - an electrically conductive heating layer ( 14 ), which forms a resistance heating element and which acts directly on the ceramic heat exchanger ( 12 ) is applied, - wherein the electrically conductive heating layer ( 14 ) with a ground pole ( 16 ) of a voltage source ( 18 ) and continue with a connection pole ( 20 ) of the voltage source ( 18 ) or connectable, such that one of the voltage source ( 18 ) provided at least partially over the electrically conductive heating layer ( 14 ) drops to the heat exchanger ( 12 ), and wherein the ceramic heat exchanger ( 12 ) is a thermistor, so that in operation a heating current I _H ( 60 ) between a first area ( 22 ) of the electrically conductive heating layer ( 14 ) and a non-adjacent second area ( 24 ) of the electrically conductive heating layer ( 14 ) through the ceramic heat exchanger ( 12 ) flows.

Electric heating device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the ceramic heat exchanger ( 12 ) at least partially a honeycomb and / or grid element ( 26 ) with a defined wall thickness ( 28 ) a honeycomb and / or grid structure ( 30 ).

Electric heating device ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the wall thickness ( 28 ) of the honeycomb and / or grid structure ( 30 ) varies spatially.

Electric heating device ( 10 ) according to claim 3, characterized in that the wall thickness ( 28 ) of the honeycomb and / or grid structure ( 30 ) of ceramic heat exchanger ( 12 ) starting from the electrically conductive heating layer ( 14 ) decreases.

Electric heating device ( 10 ) according to claim 2 to 4, characterized in that the ceramic heat exchanger ( 12 ) of a medium to be heated ( 32 ) can be flowed through.

Electric heating device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a minimum distance between the first section ( 22 ) of the electrical heating layer ( 14 ) and the non-adjacent second section ( 24 ) of the electrical heating layer ( 14 ) between which during operation the heating current I _H ( 60 ) through the ceramic heat exchanger ( 12 ) flows, is constant.

Electric heating device ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that a minimum distance between the first section ( 22 ) of the electrical heating layer ( 14 ) and the non-adjacent second section ( 24 ) of the electrical heating layer ( 14 ) between which during operation the heating current I _H ( 60 ) through the ceramic heat exchanger ( 12 ) is not constant.

Electric heating device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a control unit ( 34 ) is provided, which is adapted to a temperature of the ceramic heat exchanger ( 12 ) by measuring the electrical resistance of the ceramic heat exchanger ( 12 ).

Vehicle ( 36 ) with an electric heater ( 10 ) according to any one of the preceding claims.

Method for producing an electrical heating device ( 10 ) according to any one of claims 1 to 8, comprising the following steps: - providing the ceramic heat exchanger ( 12 ); - Applying the electrically conductive heating layer ( 14 ) on a surface ( 38 ) of the ceramic heat exchanger ( 12 ); - structuring the electrically conductive heating layer ( 14 ) to a distance ( 40 ) between the first section ( 22 ) of the electrically conductive heating layer ( 14 ) and the non-adjacent second section ( 24 ) of the electrically conductive heating layer ( 14 ); and - preparing a first connection point ( 42 ) on the electrically conductive heating layer ( 14 ) and a second connection point ( 44 ) on the electrically conductive heating layer ( 14 ) for the voltage source ( 18 ).