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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Zuheizer, insbesondere für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Ein derartiger, aus der
EP 2 397 788 A1 bekannter elektrischer Zuheizer hat eine Vielzahl von Heizeinheiten, die zumindest ein Heizelement, vorzugsweise ein PTC-Element haben, das über zwei Kontaktbleche kontaktiert ist, wobei die Baugruppe, bestehend aus PTC-Elementen und Kontaktblechen in ein Heizungsgehäuse eingesetzt und mit diesem verpresst ist. Ein derartiges Heizungsgehäuse kann beispielsweise als Strangpressprofil ausgeführt sein. Der Wärmeaustausch mit dem zu erwärmenden Medium, beispielsweise Luft, erfolgt über Radiatorelemente, die beim Stand der Technik beispielsweise als Wellrippen ausgeführt sind und die thermisch mit dem Heizungsgehäuse kontaktiert sind.
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Bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen werden vorzugsweise Zuheizer mit einer Bordnetzspannung im Bereich von 300 Volt eingesetzt. Eine elementare Anforderung an derartige Zuheizer ist, dass diese einen sicheren Berührungsschutz aufweisen, so dass eine Gefährdung von Personen ausgeschlossen ist. Dementsprechend müssen die Zuheizer den diversen Schutzanforderungen genügen, gemäß denen zum einen der Berührungsschutz gewährleistet ist und zum anderen ein Eindringen von Staub, Feuchtigkeit, etc. und somit die Gefahr eines Kurzschlusses zu verhindern ist.
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Um diese Sicherheitsstandards zu gewährleisten, wird bei dem oben genannten Stand der Technik über einen in das Heizungsgehäuse integrierten Befüllkanal eine Vergussmasse eingefüllt, die das PTC-Element und die Kontaktfläche dichtend umgibt. Diese Vergussmasse sorgt zwar recht zuverlässig für eine elektrische Isolation der Heizeinheit; diese Lösung bedarf jedoch eines erheblichen vorrichtungs- und montagetechnischen Aufwandes, da zum einen der Befüllkanal im Heizungsgehäuse vorgesehen sein muss und zum anderen zur Abdichtung die Vergussmasse eingefüllt und ausgehärtet werden muss.
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In der
EP 0 573 691 B1 ist eine einfachere Lösung beschrieben, bei der die PTC-Elemente und die beiden zugeordneten Kontaktbleche in ähnlicher Weise wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel mit einem Heizungsgehäuse verpresst werden. Die elektrische Isolierung erfolgt dabei durch eine schlauchförmige Polyimidfolie (Kaptonfolie), die die PTC-Elemente und die beiden Kontaktbleche teilweise umhüllt.
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Eine derartige Lösung lässt sich zwar mit deutlich verringerten Aufwand als die eingangs beschriebene Lösung herstellen, es zeigte sich jedoch, dass die Abdichtung alleine über die Kaptonfolie nicht immer hinreichend ist. Eine zusätzliche Abdichtung des Heizungsgehäuses, z.B. mittels Silikon kann dann nötig werden.
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Zur Ausräumung dieses Nachteils wird in der
EP 1 681 906 B1 eine Lösung offenbart, bei der vor dem Verpressen in das Heizungsgehäuse stirnseitig Dichtelemente eingesetzt werden, die dann mit dem Heizungsgehäuse verpresst werden und somit eine stirnseitige Abdichtung gewährleisten.
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Ähnlich wie bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik ist auch bei einer derartigen Lösung ein erheblicher Montageaufwand erforderlich, um die Dichtelemente einzusetzen und in geeigneter Weise zu verpressen. Nachteilig bei dieser Lösung ist neben dem erhöhten Montageaufwand auch, daß die Möglichkeit fehlt, das Heizungsgehäuse gegenüber einer steuergehäuseseitigen Aufnahme abzudichten, so daß keine ausreichende Möglichkeit besteht, einen Schutz z.B. gegen Feuchtigkeit zwischen Heizungsgehäuse und Elektronikgehäuse zu realisieren.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Zuheizer zu schaffen, der zum einen eine hinreichende Betriebssicherheit gewährleistet und zum anderen mit geringerem Aufwand herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen elektrischen Zuheizer mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße elektrische Zuheizer für ein Kraftfahrzeug hat zumindest eine Heizeinheit, die mit zumindest einem Heizelement ausgeführt ist, das in ein Heizungsgehäuse eingesetzt und mit diesem verpresst ist und das vorzugsweise über eine Steuerelektronik angesteuert werden kann. Das Heizungsgehäuse ist thermisch mit Radiatorelementen kontaktiert, über die der Wärmeaustausch mit dem zu thermostatisierenden Medium erfolgt. Die Abdichtung der stromführenden Bauelemente der Heizeinheit erfolgt über eine Dichtungseinrichtung. Erfindungsgemäß ist diese Dichtungseinrichtung mit zwei Formdichtungen ausgeführt, die einen steuergehäuseseitigen Endabschnitt und einen davon entfernten Endabschnitt des Heizungsgehäuses dichtend umgreifen, wobei einer der Formdichtungen in eine steuerseitige Aufnahme und der andere in eine gegenüber liegende gehäuseseitige Aufnahme eingesetzt sind.
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Der Vorteil einer derartigen Lösung besteht darin, dass die Formdichtungen sehr einfach auf die Endabschnitte des Heizungsgehäuses aufgesetzt werden können, wobei steuergehäuseseitig und gegenüberliegend lediglich geeignete Aufnahmen für die Formdichtungen geschaffen werden müssen. Diese Maßnahmen lassen sich mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand realisieren, wobei der Montageaufwand gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen bei verbesserter Betriebssicherheit ganz deutlich verringert ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Heizungsgehäuse endseitig, d.h. an den beiden Endabschnitten mit umlaufenden Dichtflächen ausgeführt, an denen die Formdichtungen anliegen. D.h. diese Dichtflächen sind im Hinblick auf eine optimale Abdichtung konzipiert und somit entsprechend glattflächig mit einfacher Geometrie ausgeführt. Beim eingangs beschriebenen Stand der Technik, beispielsweise bei den in der
EP 1 681 906 B1 und der
EP 0 573 691 B1 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Außenkontur der durch Strangpressprofile ausgeführten Heizungsgehäuse derart komplex ausgebildet, dass ein Ansetzen von Formdichtungen praktisch unmöglich ist.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Heizungsgehäuse derart ausgelegt, dass sich nach dem Verpressen zumindest im Bereich der Dichtflächen zwei etwa parallele Großflächen ausbilden, die über zwei verrundete Schmalseiten verbunden sind. Die Formdichtungen sind dann dazu komplementär, mit einer schmalseitig verrundeten Form ausgebildet. Es wird bevorzugt, wenn die verrundeten Schmalseiten im verpressten Zustand einen etwa konstanten Krümmungsradius aufweisen, der etwa dem halben Abstand der Großflächen entspricht.
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Die Schmalseiten des Heizungsgehäuses sind vorzugsweise vor dem Verpressen flacher als nach dem Verpressen mit einem entsprechend größeren Krümmungsradius ausgebildet.
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Die Positionierung der Formdichtungen ist besonders einfach, wenn die Radiatorelemente einen Anschlag für die Formdichtungen bilden, wobei das Heizungsgehäuse dann beidseitig über die Radiatorelemente vorsteht.
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Der vorrichtungstechnische Aufwand wird weiter minimiert, wenn beidseitig baugleiche Formdichtungen verwendet werden.
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Die gehäuseseitige Aufnahme, d.h. die vom Steuergehäuse entfernte Aufnahme der Formdichtungen kann an einem Stützteil ausgebildet sein.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel durchsetzen die Kontakte zur Kontaktierung der Kontaktbleche die steuergehäuseseitige Aufnahme und tauchen in das Elektronikgehäuse ein.
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In dem Fall, in dem eine thermische Kopplung zwischen Elektronikgehäuse und dem eigentlichen Heizbereich gewünscht ist, kann das Heizungsgehäuse mit dem Elektronikgehäuse verpresst werden, um so eine thermische Kontaktierung bereitzustellen. In diesem Fall wird auch ein elektrischer Potentialausgleich zwischen Elektronikgehäuse und dem Heizungsgehäuse geschaffen. Weiterhin ist bei dieser Lösung der Schutz vor und gegen elektromagnetische Strahlung optimiert (EMV). In dem Fall, in dem eine thermische Entkopplung zwischen Steuergehäuse und Heizbereich gewünscht ist, wird selbstverständlich auf die oben beschriebene Verpressung verzichtet.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Heizer eine Vielzahl von Heizeinheiten, die jeweils in der vorbeschriebenen Weise aufgebaut sind.
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Zur Verwendung in Elektrofahrzeugen oder in Hybridfahrzeugen wird der Heizer vorzugsweise als Hochvolt-Luftheizer ausgeführt.
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Um eine übermäßige Erwärmung des Steuerelektronikgehäuses zu verhindern, kann dieses mit Wärmeaustauschelementen ausgeführt sein, die vom zu thermostatisierenden Medium umströmt werden. Diese Wärmetauscherelemente können in verschiedenen Formen dargestellt werden. Die Verpressung im Bereich der Heizelemente kann unterschiedlich wie die Verpressung an den Endabschnitten ausgeführt sein.
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Bei einer Variante sind die Radiatorelemente durch eine Vielzahl von Wellrippen gebildet, welche einen Abriss der Grenzschicht des strömenden Mediums bewirken.
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Zur Verbesserung der Betriebssicherheit wird das Heizelement mit PTC-Elementen ausgeführt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Luft-Zuheizers;
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2 eine entsprechende Darstellung mit geöffnetem Elektronikgehäuse;
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3 eine Draufsicht auf den Zuheizer aus den 1 und 2;
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4 eine Ansicht von der dem Elektronikgehäuse gegenüber liegenden Seite auf den Zuheizer mit abgenommenen Stützteil;
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5 eine Ansicht auf eine Heizeinheit des Zuheizers gemäß den 1 bis 4;
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6 die Ansicht gemäß 5 mit abgenommenen Formdichtungen;
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7 ein Heizelement der Heizeinheit gemäß den 5 und 6;
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8 eine Stirnseite des Heizelementes gemäß 7 und
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9 eine Detaildarstellung der Draufsicht gemäß 3.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Luft-Zuheizer, im Folgenden lediglich Zuheizer 1 genannt, in einer dreidimensionalen Gesamtdarstellung gezeigt. Dieser ist zum Einsatz in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen vorgesehen, wobei bei diesen Anwendungen Hochvolt-Bordnetze mit beispielsweise einer Bordnetzspannung von 280 Volt vorgesehen sind. Dementsprechend hat dieser Zuheizer 1 eine Vielzahl, im vorliegenden Fall sechs Heizeinheiten 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f, die jeweils einen im Wesentlichen identischen Aufbau besitzen. Wie im Folgenden näher erläutert wird, besteht jede Heizeinheit 2 im Prinzip aus einer Vielzahl von PTC-Elementen, die über Kontaktbleche kontaktiert sind und in ein Heizungsgehäuse 4 eingepresst sind. Dieses Heizungsgehäuse 4 hat einen in etwa rechteckförmigen Querschnitt mit verrundeten Schmalseiten. An Großflächen dieses Heizungsgehäuses 4 sind beidseitig Radiatoren in Form von mäanderförmigen Wellrippen 6, 8 angesetzt, die von der zu erwärmenden Luft durchströmt werden.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung der Wellrippen 6, 8 mit dem Heizungsgehäuse 4 durch Kleben. Selbstverständlich könnten auch andere Verbindungsmittel, beispielsweise Verspannen, Löten, Crimpen, etc. gewählt werden. Die Anzahl der Heizeinheiten 2 und deren Geometrie hängt nicht zuletzt von der Leistung des Zuheizers 1 ab. Im Prinzip können unterschiedliche Leistungsstufen in relativ einfacher Weise durch Verwendung von mehr oder weniger Heizeinheiten oder von verlängerten oder verkürzten Heizeinheiten realisiert werden. Typischerweise können Systemleistungen zwischen 3 KW und 10 KW realisiert werden.
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Die Heizeinheiten 4 sind mit einem Endabschnitt an ein Elektronikgehäuse 10 angesetzt, in dem die Leistungselektronik mit einigen MOSFETs und einer Platine, auf der die erforderlichen Schaltelemente angeordnet sind, aufgenommen ist. Der prinzipielle Aufbau einer derartigen Leistungselektronik ist bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Die anderen Endabschnitte der Heizelemente 2 sind gehäuseseitig befestigt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Befestigung an einem Stützteil 12, in das die Endabschnitte der jeweiligen Heizelemente eingesetzt sind. Zur Aufnahme der Endabschnitte der Heizeinheiten 2 oder genauer gesagt des die Wellrippen 6, 8 beidseitig überragenden Heizungsgehäuses 4, sind in den benachbarten Stirnflächen des Elektronikgehäuses 10 und des Stützteils 12 jeweils Aufnahmen 14, 16 ausgebildet, in die die im Folgenden noch näher erläuterten Endabschnitte des jeweiligen Heizungsgehäuses 4 eintauchen. Die Abdichtung erfolgt über hier ringförmige Formdichtungen 18, 20, von denen in der Darstellung gemäß 1 lediglich die stützteilseitigen Formdichtungen 18 sichtbar sind. Die elektronikgehäuseseitigen Formdichtungen 20 werden später anhand 3 erläutert.
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Diese Formdichtungen 18, 20 umgreifen jeweils die über die Wellrippen 6, 8 vorstehenden Endabschnitte des jeweiligen Heizungsgehäuses 4 dichtend und sind in den genannten Aufnahmen 14, 16 entsprechend aufgenommen, so dass das Innere des Heizungsgehäuses 4 zuverlässig gegen Eindringen von Staub, Feuchtigkeit oder sonstigen Elementen abgedichtet ist und somit die Anforderungen der jeweiligen IP-Schutzklassen erfüllt werden.
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Die Montage ist einfach, da lediglich die Formdichtungen 18, 20 auf die Endabschnitte des Heizungsgehäuses 4 aufgesetzt und dann die jeweilige Heizeinheit 2a in die Aufnahmen 14 des Stützteils 12 und die Aufnahmen 16 des Elektronikgehäuses 10 eingesetzt werden. Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die elektronikgehäuseseitigen und die stützteilseitigen Formdichtungen 18, 20 baugleich ausgeführt sind, so dass die Montage und die Bereitstellungskosten deutlich verringert sind. Selbstverständlich ist auch eine umgekehrte Reihenfolge der Montage möglich, bei der die Formdichtungen 18, 20 zunächst in die Aufnahmen 14 des Stützteils 12 und die Aufnahmen 16 des Elektronikgehäuses 10 eingesetzt werden und dann die Heizungsgehäuse 4 aufgesetzt werden. Die Formdichtungen 18, 20 sind vorzugsweise so ausgeführt, daß diese an die Außenkontur des Heizungsgehäuses 4 und die Innenkontur der Aufnahmen 14, 16 angepasst sind. Hinsichtlich der Formgebung besteht somit eine Vielzahl von Möglichkeiten, die an die jeweiligen geometrischen Bedingungen der Heizeinheiten 2 und des Gehäuses angepasst sind.
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Hinsichtlich der verwendeten Materialien bestehen prinzipiell unterschiedliche Möglichkeiten. Bei Hochvolt-Zuheizern kann beispielsweise für das Elektronikgehäuse
10 eine Aluminium-Druckgusslegierung verwendet werden. Das Heizungsgehäuse
4 kann als Aluminium-Strangpressprofil ausgeführt sein, wie es beispielsweise im eingangs genannten Stand der Technik gemäß der
EP 0 573 691 B1 und der
EP 1 681 906 B1 beschrieben ist. Das Stützteil
12 kann ebenfalls aus einer Aluminium-Druckgusslegierung oder aber auch aus einem Kunststoff hergestellt sein. Die Wellrippen
6,
8 sind üblicher Weise aus Aluminium hergestellt.
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2 zeigt die Ansicht gemäß 1 mit geöffnetem Elektronikgehäuse 10; man erkennt die oben genannte Platine 22 und die damit elektrisch kontaktierten MOSFETs 24. Die vorbeschriebenen Aufnahmen 16 sind an einer heizeinheitsseitigen Gehäusewandung 26 ausgebildet, die jeweils Durchbrüche für die in 2 gut sichtbaren elektronikgehäuseseitigen Endabschnitte 28 der Heizeinheiten 2 oder genauer gesagt deren Heizungsgehäuse 4 hat. Wie dieser Darstellung entnehmbar ist, tauchen diese Endabschnitte 28 in das Innere des Elektronikgehäuses 10 ein. In 2 nur ansatzweise sichtbare Kontaktfahnen 30 der Heizeinheiten 4 erstrecken sich aus dem jeweiligen Endabschnitt 28 heraus und sind mit der Platine 22 kontaktiert, so dass die jeweilige Heizeinheit 4 über die Leistungselektronik ansteuerbar ist.
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3 zeigt eine Draufsicht auf einen Horizontalschnitt durch den Zuheizer 1 in 2. Die Schnittebene verläuft in etwa parallel zur Zeichenebene in 2 unterhalb der MOSFETs 24, so dass diese nicht mehr sichtbar sind. Man erkennt in der Schnittdarstellung gemäß 3 das geöffnete Gehäuse 10 mit der darin aufgenommenen Platine 22 und einen Teil der Kontaktfahnen 30, wobei deren mit der Platine 22 verbundenen Abschnitte oberhalb der Schnittebene liegen und somit nicht sichtbar sind. Jedes Heizungsgehäuse 4 taucht mit seinem elektronikgehäuseseitigen Endabschnitt 28 in das Steuergehäuse 10 ein, wobei die Gehäusewandung 26 durchsetzt wird. Der Endabschnitt 28 durchsetzt auch die an der Gehäusewandung 26 ausgebildete Aufnahme 16, in die die Formdichtung 20 eingesetzt ist, die einerseits dichtend an der Innenumfangswandung der Aufnahme 16 und andererseits am Außenumfang des Heizungsgehäuses 4 oder genauer gesagt des Endabschnittes 28 anliegt. In entsprechender Weise taucht der stützteilseitige Endabschnitt 32 des Heizungsgehäuses 4 in die Aufnahme 14 des Stützteils 12 ein, in die die stützteilseitige Formdichtung 18 eingesetzt ist, die dann entsprechend den Endabschnitt 32 dichtend umgreift.
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Wie aus der Darstellung gemäß 3 hervorgeht, sind an der Innenumfangswandung und an der Außenumfangswandung der baugleichen Formdichtungen 18, 20 jeweils zahnförmige, umlaufende Dichtlippen 34 ausgebildet, die gegen die jeweilige Dichtfläche der Aufnahme 14 bzw. des Außenumfangs der Endabschnitte 28, 32 gepresst werden und somit für eine zuverlässige Abdichtung sorgen. Neben den abgebildeten Dichtlippen 34 sind auch andere geeignete Geometrien der Dichtflächen möglich.
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In der Darstellung gemäß 3 erkennt man auch die PTC-Elemente 37, von denen pro Heizeinheit 4 jeweils fünf vorgesehen sind, die zwischen zwei Kontaktblechen 39, 41 aufgenommen sind, die ihrerseits mit den Kontaktfahnen 30 verbunden sind. Das gesamte Paket bestehend aus PTC-Elementen 37 und Kontaktblechen 39, 41 ist in eine Polyimid-Folie (Kaptonfolie) eingehüllt und wird dann in das Innere des Heizungsgehäuses 4 eingesetzt und mit diesem verpresst.
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In der Darstellung gemäß 3 sieht man, dass sich die Endabschnitte 28, 32 über die Wellrippen 6, 8 jeder Heizeinheit hinaus erstrecken, wobei der Überstand der Endabschnitte 28, 32 und entsprechend die Breite der Formdichtungen 18, 20 so gewählt ist, dass sie einerseits stirnseitig an den Wellrippen 6, 8 und anderseits an einer Stirnfläche des Stützteils 12 bzw. der Gehäusewandung 26 anliegen und somit zuverlässig lagepositioniert sind.
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4 zeigt eine Ansicht des Zuheizers 1 von dem Stützteil 12 her, wobei dieses weggelassen wird. Man erkennt deutlich die auf die aus den Wellrippen 6, 8 heraus vorstehenden stützteilseitigen Endabschnitte 32 des Heizungsgehäuses 4. Diese Endabschnitte 32 haben, wie gesagt, in etwa eine Rechteckform mit verrundeten Schmalseiten 36, 38. Die Formdichtungen 18 sind entsprechend ausgebildet, wobei in der Darstellung gemäß 4 die an deren Außenumfang ausgebildeten Dichtlippen 34 sichtbar sind.
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Aus der Darstellung gemäß 4 ist auch gut ableitbar, dass jeder Großfläche des Heizungsgehäuses 4 vier Wellrippen 6, 8 zugeordnet sind, so dass jede Heizeinheit mit insgesamt acht Wellrippen ausgeführt ist. Selbstverständlich kann die Anzahl dieser Wellrippen 6, 8 variieren. Ein Vorteil der Verwendung mehrerer Wellrippen, die nebeneinander liegen ist, daß ein Abreißen der Grenzschicht des strömenden Mediums erreicht werden kann. Hierdurch wird die laminare Strömung in eine turbulente Strömung verwandelt, wodurch sich eine deutlich verbesserte Wärmeauskopplung an das Medium realisieren lässt.
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5 zeigt eine Einzeldarstellung einer Heizeinheit 2 des Zuheizers 1. Das als Aluminium-Strangpressprofil ausgeführte Heizungsgehäuse 4 ist – wie erläutert – durch Verkleben mit den acht Wellrippen 6, 8 verbunden, über die der Wärmeaustausch mit dem zu erwärmenden Medium erfolgt. Die beiden Endabschnitte 28, 32 des Heizungsgehäuses 4 stehen über die Wellrippen 6, 8 hinaus und sind als Dichtflächen ausgeführt, auf die die beiden Formdichtungen 18, 20 aufgesetzt sind, die mit ihren Dichtlippen 34 an der Innenumfangswandung der entsprechenden Aufnahmen 14, 16 anliegen. Der elektronikseitige Endabschnitt 28 ist über den Dichtring 20 hinaus verlängert und ragt, wie erläutert, in das Elektronikgehäuse 10 hinein. In der Darstellung gemäß 5 gut sichtbar sind auch die Kontaktzungen 30a, 30b, die elektrisch mit der Leistungselektronik verbunden sind, um die jeweilige Heizeinheit 2 ansteuern zu können.
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6 zeigt die in 5 dargestellte Heizeinheit 2 mit abgenommenen Formdichtungen 18, 20. Man sieht in dieser Darstellung die über die Endabschnitte der Wellrippen 6, 8 hinausstehenden Endabschnitte 28, 32, wobei die endseitigen Stirnflächen der Wellrippen 6, 8 einen Anschlag für den jeweiligen Dichtring 18, 20 ausbilden, so dass dieser zu den Wellrippen hin lagepositioniert ist. Die Umfangsflächen der Endabschnitte 28, 32 des Heizungsgehäuses 4 sind, wie erläutert, möglichst glattflächig ausgeführt, um eine optimale Dichtwirkung zu erzielen.
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7 zeigt die Heizeinheit 2 ohne die Wellrippen 6, 8 (insgesamt acht Stück) und ohne die aufgesetzten Formdichtungen 18, 20. Aus dieser Darstellung erschließt sich sehr gut der flache, kompakte Aufbau des Heizungsgehäuses 4, das einen mittigen Aufnahmeraum 40 für das eigentliche Heizelement mit den PTC-Elementen 37 und den Kontaktblechen 39, 41 aufweist, die ihrerseits über die Kontaktfahnen 30a, 30b elektrisch kontaktiert sind. Der Aufnahmeraum 40 ist seitlich begrenzt durch Verformungsstege 42, 44, die beim Verpressen der Heizeinheit 2 zum Heizelement hin eingewölbt werden, so dass das Heizungsgehäuse 4 flächig an den Kontaktblechen 39, 41 anliegt und diese mit den PTC-Elementen verspannt. Neben der dargestellten Geometrie der Verformungsstege 42, 44 sind auch andere geeignete Geometrien möglich. Wie bereits erläutert, sind die Kontaktbleche 39, 41 und die PTC-Elemente 37 in eine Dichtfolie eingehüllt. Seitlich von den Verformungsstegen 42, 44 sind Kanäle 46, 48 ausgebildet, die außenseitig durch die Schmalseiten 36, 38 begrenzt sind, die in die bereits erwähnten Großflächen 50, 52 des Heizungsgehäuses 4 übergehen, auf die die Wellrippen 6, 8 aufgeklebt werden.
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8 zeigt eine Ansicht der Stirnfläche des Heizungsgehäuses 4, wobei mit durchgezogenen Linien der verpresste Zustand und mit gestrichelten Linien stark schematisiert die Kontur des Heizungsgehäuses 4 vor dem Verpressen dargestellt ist.
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Wie vorstehend erläutert, ist im verpressten Zustand das Paket bestehend aus den PTC-Elementen 37 und den Kontaktblechen 39, 41 im Aufnahmeraum 40 aufgenommen. Im unverpressten Zustand ist ein gewisses Spiel zwischen den Wandungen des Aufnahmeraumes 40 und dem genannten Paket vorhanden. Beim Verpressen werden die sich im unverpressten Zustand mehr oder weniger gestreckten Verformungsstege 42, 44, vorzugsweise zum Aufnahmeraum 40 hin, eingewölbt, so dass die Höhe h des Aufnahmeraumes 40 verringert wird und entsprechend das Heizelementpaket verpresst wird. In entsprechender Weise ändert sich auch die Höhe h der Kanäle 46, 48. Im unverpressten Zustand sind die Schmalseiten 36‘, 38‘ zumindest im Scheitelbereich relativ flach mit einem großen Radius ausgeführt. Die Pressparameter und die Geometrie dieser Verrundung ist so gewählt, dass die Schmalseiten 36, 38 im verpressten Zustand so verrundet sind, dass sich ein in etwa konstanter Radius R einstellt, der eine optimale Dichtanlage des Dichtrings gewährleistet. Dieser Radius R entspricht in etwa der Hälfte des Abstandes D zwischen den beiden Großflächen 50, 52 des Heizungsgehäuses 4. Gemäß der Darstellung in 8 verringert sich dieser Abstand D selbstverständlich beim Verpressen, wobei die Maßänderungen in der Darstellung gemäß 8 zur Verdeutlichung stark übertrieben dargestellt sind. Die Verpressung im Bereich der PTC-Elemente und im Bereich der beiden Endabschnitte 28, 32 kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. So kann die Verpressung im Bereich der Endabschnitte 28, 32 weggesteuert im Hinblick auf die Dichtungsauflage für die Formdichtungen 18, 20 optimiert sein, während die Verpressung im dazwischen liegenden PTC-Bereich kraftgesteuert erfolgen kann, um eine Überlastung der PTC-Elemente und einen damit einhergehenden PTC-Bruch zu vermeiden.
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Wie bereits erwähnt, kann es bei bestimmten Bedingungen vorteilhaft sein, wenn die Heizeinheiten 2 und das Elektronikgehäuse 10 thermisch mit einander gekoppelt sind. Eine derartige Variante ist in 9 dargestellt, die ein Detail X in 3 darstellt. Wie erläutert, taucht der elektronikgehäuseseitige Endabschnitt 28 des Heizungsgehäuses 4 in das Elektronikgehäuse 10 ein, wobei die Gehäusewandung 26 durchsetzt wird. Zur thermischen Kontaktierung kann dann diese Gehäusewandung 26 mit dem Endabschnitt 28 in dem mit P gekennzeichneten umlaufenden Bereich, entlang dem der Endabschnitt 28 an der Gehäusewandung 26 anliegt, verpresst werden, so dass ein inniger thermischer Kontakt zwischen Heizeinheit 2 und Elektronikgehäuse 10 hergestellt wird. Über diese Wärmeübergangsfläche kann dann die von der Leistungselektronik stammende Wärme über die Heizeinheit 2 an das aufzuwärmende Medium abgegeben werden. Zur Optimierung dieses Wärmeüberganges kann das Elektronikgehäuse 10 noch mit strichpunktiert angedeuteten Wärmeaustauschflächen unterschiedlicher Geometrien 54 versehen sein, die in den Luftstrom hineinragen und somit zusätzlich zur Kühlung der Leistungselektronik beitragen.
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In der Darstellung gemäß 9 erkennt man auch die mäanderförmige Form der Wellrippen 6, 8, die mit ihren abgeflachten Scheiteln 56 an der jeweiligen Großfläche 52, 50 anliegen, so dass diese Verklebung sehr stabil ausgeführt ist. In der Darstellung gemäß 9 sind die außen liegenden Scheitel 58 zu einander beabstandet. Zur Stabilisierung der Wellrippen 6, 8 kann es vorteilhaft sein, wenn diese im Bereich der außen liegenden Scheitel 58 seitlich an einander anliegen und sich somit gegenseitig abstützen. D.h. die außenseitige Scheitelform entspricht dann im Wesentlichen der großflächenseitigen Scheitelform.
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In dem Fall, in dem eine thermische Kontaktierung zwischen den Heizeinheiten 2 und dem Elektronikgehäuse 10 nicht gewünscht ist, tauchen die Endabschnitte 28 mit einem Spalt zur Gehäusewandung 26 oder durch eine darin angeordneten Isolation ins Elektronikgehäuse ein.
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In der Darstellung gemäß 9 gut sichtbar sind auch die Dichtlippen 34 des Dichtrings 20, die an der Innenumfangswandung der Aufnahme 16 und den Außenumfang des Endabschnittes 28 anliegen, wobei in der Darstellung gemäß 9 die endabschnittsseitigen Dichtlippen 34 zur Verdeutlichung so dargestellt sind, als würden sie in den Endabschnitt 28 hineintauchen – tatsächlich liegen diese dichtend am Außenumfang an.
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Offenbart ist ein elektrische Zuheizer, insbesondere ein Hochvolt-Luftheizer, bei dem Heizeinheiten über angesetzte Formdichtungen abgedichtet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zuheizer
- 2
- Heizeinheit
- 4
- Heizungsgehäuse
- 6
- Wellrippe
- 8
- Wellrippe
- 10
- Elektronikgehäuse
- 12
- Stützteil
- 14
- Aufnahme
- 16
- Aufnahme
- 18
- Formdichtung
- 20
- Formdichtung
- 22
- Platine
- 24
- MOSFET
- 26
- Gehäusewandung
- 28
- Endabschnitt
- 30
- Kontaktzunge
- 32
- Endabschnitt
- 34
- Dichtlippe 36 Schmalseite
- 37
- PTC-Element
- 38
- Schmalseite
- 39
- Kontaktblech
- 40
- Aufnahmeraum
- 41
- Kontaktblech
- 42
- Verformungssteg
- 44
- Verformungssteg
- 46
- Kanal
- 48
- Kanal
- 50
- Großfläche
- 52
- Großfläche
- 54
- Wärmeaustauschfläche
- 56
- Scheitel
- 58
- Scheitel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2397788 A1 [0002]
- EP 0573691 B1 [0005, 0014, 0043]
- EP 1681906 B1 [0007, 0014, 0043]
