DE102013021079A1 - Heating device for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizvorrichtung (1) für ein Fahrzeug, mit einem Gehäuse (2) in dem mehrere flächige Heizelemente (3) angeordnet sind. Die Heizelemente (3) sind elektrisch leitfähig über mindestens zwei elektrisch leitfähige Kontaktelemente (5, 6), die am Gehäuse (2) angeordnet sind, verbunden. Die Kontaktelemente (5, 6) sind zwischen zwei Positionen bewegbar, wobei die Heizelemente (3) in der ersten Position der Kontaktelemente (5, 6) im Gehäuse (2) beweglich und in der zweiten Position fixiert sind, so dass sich die Heizelemente auf einfache Weise im Gehäuse (2) fixieren und elektrisch kontaktieren lassen.The present invention relates to a heating device (1) for a vehicle, having a housing (2) in which a plurality of planar heating elements (3) are arranged. The heating elements (3) are electrically conductively connected via at least two electrically conductive contact elements (5, 6) which are arranged on the housing (2). The contact elements (5, 6) are movable between two positions, wherein the heating elements (3) in the first position of the contact elements (5, 6) in the housing (2) are movable and fixed in the second position, so that the heating elements on easy way in the housing (2) fix and let contact electrically.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums mit einem Gehäuse und darin angeordneten Heizelementen, die über zwei Kontaktelemente fixiert sind.The present invention relates to a heating device for a vehicle, in particular a motor vehicle, for conditioning the vehicle interior with a housing and heating elements arranged therein, which are fixed via two contact elements.
Stand der TechnikState of the art
Durch die zunehmende Verknappung von fossilen Brennstoffen erlangen alternative Antriebskonzepte, wie beispielsweise Elektromotoren, zu konventionellen Verbrennungsmotoren eine immer größere Bedeutung. Problematisch bei den meisten alternativen Antriebskonzepten ist jedoch, dass die für Verbrennungsmotoren typische Abwärme nicht zur Verfügung steht. Vor allem für die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums müssen daher Heizvorrichtungen in das Fahrzeug integriert werden, um die notwendige Wärme für den Fahrzeuginnenraum bereit zu stellen.Due to the increasing scarcity of fossil fuels, alternative drive concepts, such as electric motors, are becoming increasingly important to conventional combustion engines. However, the problem with most alternative drive concepts is that the waste heat typical of internal combustion engines is not available. Above all, for the air conditioning of the vehicle interior heaters must therefore be integrated into the vehicle to provide the necessary heat for the vehicle interior.
Eine derartige Heizvorrichtung wird beispielsweise von der
Eine weitere Heizvorrichtung wird durch die
Der Nachteil bei dem genannten Stand der Technik besteht jedoch darin, dass die Anordnung der flächigen Heizelemente in der Heizvorrichtung sehr aufwendig ist. Neben einer sicheren Verankerung der Heizelemente im Gehäuse muss eine elektrische Verbindung zwischen den Heizelementen und einer Stromquelle sichergestellt werden. Hierzu muss meist jedes Heizelement einzeln fixiert und mit der Stromquelle kontaktiert werden. Dies steigert jedoch den Herstellungsaufwand und die damit verbundenen Kosten deutlich. Weiterhin besteht das Problem, dass die flächigen Heizelemente nicht mehr aus der Heizvorrichtung entfernt werden können. Sind einzelne Heizelemente beschädigt, muss in der Regel die gesamte Heizvorrichtung ausgetauscht werden.The disadvantage of the said prior art, however, is that the arrangement of the flat heating elements in the heater is very expensive. In addition to a secure anchoring of the heating elements in the housing, an electrical connection between the heating elements and a power source must be ensured. For this purpose, usually each heating element has to be individually fixed and contacted with the power source. However, this significantly increases the production costs and the associated costs. Furthermore, there is the problem that the flat heating elements can not be removed from the heater. If individual heating elements are damaged, the entire heating system must be replaced as a rule.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile zu überwinden und eine Heizvorrichtung bereit zu stellen, die mit geringem Herstellungsaufwand zu fertigen ist und gleichzeitig ein herauslösen der Heizelemente ermöglicht.It is therefore an object of the invention to overcome the disadvantages described in the prior art and to provide a heating device that can be manufactured with low production costs and at the same time allows a detachment of the heating elements.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den Merkmalen der Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.The object of the invention is achieved by a heating device with the features of
Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, weist mindestens ein Gehäuse auf. Das Gehäuse weist vorzugsweise zwei Öffnungen auf, so dass innerhalb des Gehäuses ein Kanal zwischen den beiden Öffnungen ausgebildet wird. Innerhalb des Gehäuses sind mehrere flächige Heizelemente angeordnet. Jedes Heizelement weist jeweils zwei elektrisch leitfähige und voneinander getrennte Randbereiche auf. Darüber hinaus bestehen die Heizelemente aus einem Material mit einem hohen elektrischen inneren Widerstand. Die Heizelemente erzeugen Wärme, indem an die Randbereiche eine Spannung angelegt wird und somit ein Strom durch die Heizelemente fließt. Durch den hohen inneren Widerstand der Heizelemente, wird der elektrische Strom in Wärme umgewandelt.A heating device according to the invention for a vehicle, in particular a motor vehicle, has at least one housing. The housing preferably has two openings, so that a channel is formed within the housing between the two openings. Within the housing a plurality of flat heating elements are arranged. Each heating element has in each case two electrically conductive and mutually separate edge regions. In addition, the heating elements are made of a material with a high electrical internal resistance. The heating elements generate heat by applying a voltage to the edge regions and thus a current flows through the heating elements. Due to the high internal resistance of the heating elements, the electric current is converted into heat.
Die Heizvorrichtung umfasst des Weiteren zwei elektrisch leitfähige Kontaktelemente, die bevorzugt aus Kupfer bestehen. Diese sind beweglich am Gehäuse befestigt, so dass die Kontaktelemente zwischen einer ersten und einer zweiten Position zum Gehäuse relativ bewegbar sind. In der ersten Position der Kontaktelemente sind die Heizelemente im Gehäuse frei beweglich. In dieser Position ist es möglich die Heizelemente aus dem Gehäuse zu entfernen beziehungsweise die Heizelemente in das Gehäuse einzusetzen.The heating device further comprises two electrically conductive contact elements, which are preferably made of copper. These are movably mounted on the housing, so that the contact elements between a first and a second position relative to the housing are relatively movable. In the first position of the contact elements, the heating elements in the housing are freely movable. In this position, it is possible to remove the heating elements from the housing or to insert the heating elements in the housing.
In der zweiten Position werden die Heizelemente im Gehäuse fixiert, indem die Randbereiche der Heizelemente zwischen Gehäuse und Kontaktelementen eingeklemmt sind. Eine weitere Fixierung der Heizelemente im Gehäuse ist nicht erforderlich.In the second position, the heating elements are fixed in the housing by the edge regions of the heating elements between the housing and contact elements are clamped. Further fixation of the heating elements in the housing is not required.
Die Kontaktelemente sind elektrisch leitfähig und mit einer Spannungsquelle verbunden. Über die Kontaktelemente wird ein elektrisch leitender Kontakt zwischen den Heizelementen und einer Spannungsquelle hergestellt. Ebenso ist es möglich die Kontaktelemente wieder in die erste Position zurück zu bewegen. Die Heizelemente werden somit wieder beweglich. Ein einfaches Austauschen und schnelles erneutes Kontaktieren der Heizelemente ist daher mit nur geringem Aufwand möglich.The contact elements are electrically conductive and connected to a voltage source. An electrically conductive contact between the heating elements and a voltage source is established via the contact elements. It is also possible to return the contact elements to the first position move. The heating elements are thus movable again. A simple replacement and fast re-contacting the heating elements is therefore possible with little effort.
Vorzugsweise sind sowohl innerhalb des Gehäuses als auch in die Kontaktelemente Nuten eingebracht. Das Gehäuse weist an zumindest zwei Seiten Nuten auf. Besonders bevorzugt liegt eine Nut auf einer ersten Seite mit einer Nut auf einer zweiten Seite in einer Ebene. Die Nuten des Gehäuses sind gegenüber den Nuten in den Kontaktelementen derart angeordnet, dass diese in der ersten Position der Kontaktelemente in einer Flucht liegen. Besonders bevorzugt sind die Kontaktelemente hierbei derart am Gehäuse angeordnet, dass jeweils ein Kontaktelement in der ersten Position mit den Nuten der ersten Seite des Gehäuses in einer Flucht liegt und ein Kontaktelement in der ersten Position mit den Nuten der zweiten Seite innerhalb einer Flucht liegt.Preferably, grooves are introduced both within the housing and in the contact elements. The housing has grooves on at least two sides. Particularly preferably, a groove lies on a first side with a groove on a second side in a plane. The grooves of the housing are arranged opposite the grooves in the contact elements such that they lie in the first position of the contact elements in alignment. Particularly preferably, the contact elements are in this case arranged on the housing, that in each case a contact element in the first position with the grooves of the first side of the housing is in alignment and a contact element in the first position with the grooves of the second side is within a flight.
Vorzugsweise weisen die Nuten in den Kontaktelementen hierbei die gleichen Abmaße auf wie die Nuten im Gehäuse, so dass die Nuten in der ersten Position der Kontaktelemente deckungsgleich mit den Nuten des Gehäuses aneinander anliegen. Die Heizelemente sind mit ihren Randbereichen innerhalb der Nuten des Gehäuses und der Kontaktelemente angeordnet.Preferably, the grooves in the contact elements in this case the same dimensions as the grooves in the housing, so that the grooves in the first position of the contact elements congruent with the grooves of the housing abut each other. The heating elements are arranged with their edge regions within the grooves of the housing and the contact elements.
In der zweiten Position sind die Nuten des Gehäuses gegen die Nuten der Kontaktelemente verschoben, so dass keine einheitliche Flucht besteht. Die Randbereiche der Heizelemente sind somit zwischen den Nuten der Kontaktelemente und des Gehäuses eingeklemmt und sind fixiert. Hierbei tritt bevorzugt jeweils ein Randbereich des Heizelements mit nur einem Kontaktelement in Kontakt.In the second position, the grooves of the housing are displaced against the grooves of the contact elements, so that there is no uniform alignment. The edge regions of the heating elements are thus clamped between the grooves of the contact elements and the housing and are fixed. In this case, preferably one edge region of the heating element in each case comes into contact with only one contact element.
Um die Fixierungswirkung zusätzlich zu erhöhen, können innerhalb der Nuten Fixierungselemente angeordnet sein.In order to additionally increase the fixing effect, fixing elements can be arranged within the grooves.
Hierbei kann es sich beispielsweise um Dornen handeln, die Innerhalb der Nuten der Kontaktelemente angeordnet sind. Die zusätzliche Fixierung kann hierbei erfolgen indem sich die Fixierungselemente in die Randbereiche der Heizelemente bohren, während die Kontaktelemente in die zweite Position bewegt werden. Durch die zusätzlichen Fixierungselemente kann sichergestellt werden, dass die Heizelemente innerhalb der Nuten nicht verrutschen und gegebenenfalls der leitende Kontakt mit den leitenden Kontaktelementen verloren geht.This may be, for example, thorns, which are arranged within the grooves of the contact elements. The additional fixation can in this case take place by drilling the fixing elements in the edge regions of the heating elements, while the contact elements are moved to the second position. The additional fixing elements can ensure that the heating elements do not slip within the grooves and possibly the conductive contact with the conductive contact elements is lost.
Vorzugsweise ist jeweils zwischen einem Kontaktelement und dem Gehäuse mindestens ein Abstandhalter angeordnet. Der Abstandhalter gewährleistet einen Abstand zwischen den Kontaktelementen und dem Gehäuse in beiden Positionen. Vorzugsweise wird hierbei ein Abstand von 1 bis 5 mm erzeugt. Somit ist sichergestellt, dass die Heizelemente in der zweiten Position der Kontaktelemente nur eingeklemmt sind und nicht die Gefahr besteht, dass die Randbereiche durch die Kontaktelemente abgesichert werden.Preferably, in each case at least one spacer is arranged between a contact element and the housing. The spacer ensures a distance between the contact elements and the housing in both positions. Preferably, in this case a distance of 1 to 5 mm is generated. This ensures that the heating elements are only clamped in the second position of the contact elements and there is no risk that the edge regions are protected by the contact elements.
Vorzugsweise sind die Kontaktelemente über mindestens ein Führungselement mit dem Gehäuse verbunden. Die Führungselemente sind hierbei fest im Gehäuse verankert. Die Kontaktelemente sind auch in Verbindung mit den Führungselementen in zumindest zwei Bewegungsrichtungen beweglich. Hierzu weisen die Kontaktelemente besonders bevorzugt Langlöcher auf, in denen die Führungselemente geführt werden. Das Langloch weist eine Breite auf, die größer ist, als der Durchmesser des jeweiligen Führungselements. Durch die Langlöcher können in einfacher Weise die Kontaktelemente am Führungselement angeordnet werden.The contact elements are preferably connected to the housing via at least one guide element. The guide elements are firmly anchored in the housing. The contact elements are also movable in connection with the guide elements in at least two directions of movement. For this purpose, the contact elements particularly preferably have elongated holes in which the guide elements are guided. The slot has a width which is greater than the diameter of the respective guide element. Through the elongated holes, the contact elements can be arranged on the guide element in a simple manner.
Darüber hinaus kann durch die Form des Langlochs der Bewegungsverlauf der Kontaktelemente von der ersten in die zweite Position definiert werden. So kann beispielsweise durch ein lineares Langloch eine reine lineare Bewegung der Kontaktelemente erreicht werden. Mit einem ”L”-förmigen Langloch kann hingegen eine zusätzliche Bewegungsrichtung realisiert werden. Um ein Herausrutschen des Führungselements aus dem Langloch zu vermeiden, kann das Führungselement eine Verdickung aufweisen. Diese Verdickung weist in diesem Fall einen höheren Außendurchmesser auf als der Innendurchmesser des Langlochs.In addition, can be defined by the shape of the elongated hole, the movement pattern of the contact elements from the first to the second position. Thus, for example, by a linear slot a pure linear movement of the contact elements can be achieved. With an "L" -shaped slot, however, an additional direction of movement can be realized. In order to prevent the guide element from slipping out of the oblong hole, the guide element can have a thickening. This thickening has in this case a higher outer diameter than the inner diameter of the slot.
Vorzugsweise ist das Führungselement elektrisch leitend mit einer Stromquelle verbunden. Eine elektrische Verbindung zwischen Kontaktelement und Stromquelle mittels Führungselement erweist sich als besonders vorteilhaft, da das Führungselement gegenüber dem Gehäuse unbeweglich ist. Die elektrische Verbindung kann hierbei unabhängig der Bewegung der Kontaktelemente sichergestellt werden. In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass die Kontaktelemente nur in der zweiten Position im elektrischen Kontakt mit dem Führungselement stehen. Somit kann ein Aufheizen der Heizelemente verhindert werden, solange diese nicht im Gehäuse fixiert sind. Das Führungselement besteht besonders bevorzugt aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer.Preferably, the guide element is electrically conductively connected to a power source. An electrical connection between the contact element and the power source by means of guide element proves to be particularly advantageous because the guide element is immovable relative to the housing. The electrical connection can be ensured independently of the movement of the contact elements. In this connection, it is possible for the contact elements to be in electrical contact with the guide element only in the second position. Thus, a heating of the heating elements can be prevented, as long as they are not fixed in the housing. The guide element is particularly preferably made of an electrically conductive material, such as copper.
Vorzugsweise ist am Gehäuse ein Schieber angeordnet, der die Kontaktelemente in der zweiten Position festhält. Der Schieber ist beweglich am Gehäuse angeordnet. Sofern sich die Kontaktelemente in der zweiten Position befinden, kann der Schieber in eine Verriegelungsposition in den Bewegungsweg der Kontaktelemente zwischen der ersten und zweiten Position gebracht werden. Hierbei wird der Schieber in eine Position zu den Kontaktelementen gebracht, in der die Bewegung der Kontaktelemente zurück in die erste Position blockiert wird. Ein eigenständiges zurückbewegen der Kontaktelemente in die erste Position ist somit nicht mehr möglich. Vorzugsweise kann der Schieber federgelagert sein, so dass der Schieber automatisch in die Verriegelungsposition verfährt, sobald die Kontaktelemente in die zweite Position gebracht werden. Zusätzlich wird ein zurückrutschen des Schiebers verhindert.Preferably, a slider is arranged on the housing, which holds the contact elements in the second position. The slider is movably mounted on the housing. If the contact elements are in the second position, the slider can be brought into a locking position in the movement path of the contact elements between the first and second position. Here is the Slider brought into a position to the contact elements, in which the movement of the contact elements is blocked back to the first position. An independent moving back the contact elements in the first position is thus no longer possible. Preferably, the slider may be spring-loaded so that the slider automatically moves into the locking position as soon as the contact elements are brought into the second position. In addition, slipping back of the slider is prevented.
Vorzugsweise bestehen die Heizelemente aus einer faserverstärkten Polymerfolie, die elektrisch leitende Randbereiche aufweist. Besonders bevorzugt besteht die Polymerfolie aus einem Matrixpolymer, insbesondere aus Polyethylenterephthalat, Polyetheretherketon oder Polyphenylensulfid. Das Matrixpolymer ist bevorzugt mit Kohlenstofffasern verstärkt und weist zwei voneinander getrennte Randbereiche aus Kupfer auf. Es hat sich gezeigt, dass sich derartige Polymerfolien besonders für eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung eignen, da die Polymerfolien ein nur sehr geringes Eigengewicht aufweisen. Das Gewicht der gesamten Heizvorrichtung kann somit niedrig gehalten werden. Darüber hinaus verfügen die Polymerfolien über eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit, so dass die aus dem elektrischen Strom erzeugte Wärme besonders effizient an die Umgebung abgegeben werden kann. Um die Heizelemente gegen Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Feuchtigkeit, zu schützen, können die Polymerfolien mit einer dünnen Kunststoffschicht versiegelt sein.Preferably, the heating elements consist of a fiber-reinforced polymer film which has electrically conductive edge regions. The polymer film particularly preferably consists of a matrix polymer, in particular of polyethylene terephthalate, polyether ether ketone or polyphenylene sulfide. The matrix polymer is preferably reinforced with carbon fibers and has two mutually separate edge regions made of copper. It has been found that such polymer films are particularly suitable for a heating device according to the invention, since the polymer films have only a very low weight. The weight of the entire heater can thus be kept low. In addition, the polymer films have a very high thermal conductivity, so that the heat generated from the electric current can be discharged particularly efficiently to the environment. In order to protect the heating elements against environmental influences, such as moisture, the polymer films may be sealed with a thin plastic layer.
Vorzugsweise besteht das Gehäuse aus einem elektrisch und thermisch isolierenden, duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff, der schwer entflammbar ist. Weiterhin weist der Kunststoff eine Temperaturbeständigkeit bis mindestens 120 Grad Celsius auf. Beispielhaft können hier Polycarbonat oder Polyamid genannt werden. Über die thermische Isolation des Gehäuses wird sicher gestellt, dass der Anteil an Wärme, der von den Heizelementen an das Gehäuse abgegeben wird, gering gehalten wird. Durch die elektrische Isolation wird des Weiteren vermieden, dass Kurzschlüsse zwischen Gehäuse und Heizelementen auftreten.Preferably, the housing consists of an electrically and thermally insulating, thermosetting or thermoplastic plastic, which is flame retardant. Furthermore, the plastic has a temperature resistance up to at least 120 degrees Celsius. By way of example, polycarbonate or polyamide can be mentioned here. The thermal insulation of the housing ensures that the amount of heat released from the heating elements to the housing is kept low. The electrical insulation also prevents short circuits between the housing and heating elements.
Kurze FigurenbeschreibungShort description of the figures
In
Die Heizelemente
In
Innerhalb der Nuten
Am Gehäuse
Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Kontaktelement
Das Kontaktelement
Durch den beschriebenen Bewegungsverlauf von der ersten in die zweite Position bohrt sich zuerst das Fixierungselement
Die Kontaktelemente
In der vorliegenden Heizvorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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