DE102017106711A1

DE102017106711A1 - Hochvolt-Luftheizer und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102017106711A1
Application number: DE102017106711.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Prokop; Leonhard Vetter; Wolfgang Werling; Wolfgang Schäffner
Original assignee: DBK David and Baader GmbH
Current assignee: DBK David and Baader GmbH
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Offenbart sind ein Hochvolt-Luftheizer und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Aus mehreren derartigen Hochvolt-Luftheizern wird ein Hochvolt-Heizregister zusammengebaut, mit dem z.B. die Luft für den Innenraum eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs erwärmt wird. Jeder Hochvolt-Luftheizer hat eine mittlere Heizeinheit und einen oder zwei äußere Radiatoren. Die mittlere Heizeinheit hat zumindest ein inneres Heizelement, das über eine Hülle elektrisch isoliert und vor Feuchtigkeit geschützt ist. Die Hülle kann an einer Stirnseite offenbleiben, die in ein Elektronikgehäuse des übergeordneten Hochvolt-Heizregisters eingesetzt wird, wenn zwischen der Heizeinheit und den Elektronikgehäuse eine Dichtung vorgesehen ist, oder die Hülle ist allseitig geschlossen.Die Hülle ist aus einer Folie, z.B. einer Polyimidfolie, gewickelt, die eine beidseitige Klebefunktion hat, die bei der Fertigung thermisch aktiviert wird. Über die Klebefunktion sind die äußeren Radiatoren und die inneren Heizelemente an der Folie befestigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochvolt-Luftheizer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bei Luftheizern, die z.B. zur Erwärmung der Innenraumluft von Automobilen eingesetzt werden, ist es bekannt, die Wärme von bestromten elektrischen Widerständen, z.B. PTC-Heizelementen, über Radiatoren, z.B. Wellrippen, an einen Luftstrom abzugeben. Der Luftstrom wird durch die Radiatoren und dann in den Innenraum des Automobils geführt. PTC-Heizelemente haben einen positiven Temperaturkoeffizienten und sind daher selbstregelnde Kaltleiter, die bei zunehmender Erwärmung einen zunehmenden elektrischen Wiederstand aufbauen, wodurch die aufgenommene elektrische Leistung und damit auch die Heizleistung verringert werden.
In den Druckschriften EP 1 327 834 B1 und EP 1 445 553 A1 sind jeweils derartige Luftheizer für Automobile offenbart, bei denen mehrere PTC-Heizelemente in länglichen Heizeinheiten angeordnet sind, die mit Wärme abgebenden länglichen Wellrippen in dichter Folge aneinander anliegen. Nachteilig an derartigen Luftheizern ist die elektrische Spannung zwischen den offen liegenden Wellrippen bzw. das elektrische Potential der Wellrippen und die sich daraus ergebenden Begrenzung des Einsatzes bei höheren Spannungen.
In der Druckschrift DE 10 2013 103 433 A1 ist ein Hochvolt-Luftheizer offenbart, dessen PTC-Heizelemente einschließlich ebenfalls unter elektrischer Spannung stehender äußerer Kontaktbleche eingehaust sind, womit keine frei liegenden Bauteile (z.B. Wellrippen) des Hochvolt-Luftheizers unter Spannung stehen. Genauer gesagt werden bei der Herstellung des Hochvolt-Luftheizers die PTC-Heizelemente und die Kontaktbleche von einer Hülle aus Kapton ummantelt, dann wird die Hülle mit den inneren Bauteilen in ein rohrartiges Aluminiumprofil eingeschoben und verpresst. Auf das Aluminiumprofil werden dann von außen die Wellrippen montiert, und das Aluminiumprofil wird stirnseitig gedichtet und abschließend gehäust.
Nachteilig an derartigen Hochvolt-Luftheizern ist, dass die Herstellung vorrichtungstechnisch und montagetechnisch aufwändig ist.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Hochvolt-Luftheizer und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, der bzw. das vorrichtungstechnisch und montagetechnisch vereinfacht sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hochvolt-Luftheizer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Hochvolt-Heizregister mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Hochvolt-Luftheizers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13.
Der beanspruchte Hochvolt-Luftheizer kann auch für andere Gase verwendet werden und könnte daher auch als Hochvolt-Gasheizer bezeichnet werden. Er hat eine längliche, z.B. stabartige mittlere Heizeinheit, an der mindestens ein und vorzugsweise beidseitig jeweils ein äußerer Radiator Wärme leitend befestigt ist. Erfindungsgemäß hat die Heizeinheit eine Hülle, die vorzugsweise aus Polyimid, z.B. Kapton FMT besteht. Somit bildet die Hülle eine elektrische Isolierung und eine Feuchtigkeitsdichtung. Die Hülle weist zumindest abschnittsweise eine Folie mit thermisch aktivierter Klebefunktion auf. Der zumindest eine äußere Radiator ist mittels der thermisch aktivierten Klebefunktion direkt mit der Hülle verklebt. Damit weist die Heizeinheit des erfindungsgemäßen Luftheizers ein kombiniertes Verbindungs- und Dichtelement in Form ihrer Hülle auf, so dass der zumindest eine Radiator zuverlässig vor der Spannung abgeschirmt ist, während die inneren unter Spannung stehenden Bauteile zuverlässig vor Feuchtigkeit geschützt sind. Die thermisch aktivierte Klebefunktion wirkt auch an der Innenseite der Hülle und befestigt diese an den unter Spannung stehenden Bauteilen. Die Heizeinheit und damit der Hochvolt-Luftheizer sind damit vorrichtungstechnisch und montagetechnisch einfacher als diejenigen des Standes der Technik.
„Hochvolt“ heißt im Zusammenhang mit dieser Schrift mindestens 50 Volt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die thermisch aktivierte Klebefunktion ist vorzugsweise durch eine beidseitig aufgebrachte Beschichtung der Folie realisiert. Vorzugsweise ist die Beschichtung aus Fluorethylenpropylen (FEP) oder aus Kleber, z.B. Silikonkleber. Dann kann die Klebefunktion während der Herstellung des erfindungsgemäßen Hochvolt-Luftheizers bei einer Temperatur von z.B. 290 bis 300°C aktiviert werden, und die Hülle bleibt bei späteren darunter liegenden Betriebstemperaturen des Hochvolt-Luftheizers dicht, sicher fixiert und mechanisch stabil.
Die Folie kann aus Kostengründen und aus Gründen des Fertigungsaufwandes einfach oder für erhöhte Anforderungen mehrfach gewickelt sein. Dann werden durch die Klebefunktion auch die Wickellagen der Folie miteinander verklebt.
Um aus mehreren erfindungsgemäßen Hochvolt-Luftheizern ein Heizregister zu bilden, wird es bevorzugt, wenn die Heizeinheit zwei elektrische Leitungen, vorzugsweise Anschlussfahnen hat, die an einer ersten Stirnseite der Heizeinheit angeordnet sind, so dass sie sich in ein gemeinsames Elektronikgehäuse hinein erstrecken können. Dann muss die erste Stirnseite nicht mit der erfindungsgemäßen Hülle isoliert und gedichtet sein, wenn diese in das Elektronikgehäuse eingeführt wird und eine umlaufende Dichtung zwischen dem Elektronikgehäuse und dem Bereich der ersten Stirnseite der Heizeinheit vorgesehen wird. Alternativ kann die Hülle auch an allen Seiten, also auch an der ersten Stirnseite mit Folie feuchtigkeitsdicht umgeben sein, so dass die Hülle lediglich von den beiden Leitungen bzw. Anschlussfahnen durchdrungen ist.
Die Hülle kann also gemäß einem ersten vorrichtungstechnisch einfachen Ausführungsbeispiel mindestens an ihrer der ersten Stirnseite gegenüber liegenden zweiten Stirnseite aus der Folie gebildet sein.
Die Hülle kann gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel an jeder Stirnseite ein Dichtstück aufweisen, zwischen denen sich die Folie erstreckt, wobei eine elektrisch isolierende und feuchtigkeitsdichte Verbindung zwischen der Folie und den Dichtstücken durch die thermisch aktivierte Klebefunktion der Folie realisiert ist.
Gemäß einem „hybriden“ Ausführungsbeispiel kann die Hülle auch an ihren beiden Stirnseiten beliebige Kombinationen von Folie und einem Dichtstück aufweisen. So kann die erste Stirnseite ein an die beiden Leitungen angepasstes Dichtstück aufweisen, während die zweite Stirnseite komplett mit der Folie verschlossen ist. Oder die erste Stirnseite ist mit der von den beiden Leitungen durchdrungenen Folie verschlossen, während die zweite Stirnseite ein Dichtstück aufweist.
Wenn die Dichtstücke einen Querschnitt haben, der etwa demjenigen der PTC-Heizelemente entspricht, dann muss die Folie lediglich hülsenartig oder rohrartig gewickelt werden, und wird dann stirnseitig von den eingesetzten Dichtstücken komplettiert.
Die Heizeinheit hat - abgesehen von den beiden genannten Stirnseiten - vorzugsweise zwei Schmalseiten und zwei Breitseiten, wobei an den beiden Breitseiten jeweils ein Radiator befestigt werden kann.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel der Hülle können deren Dichtstücke an ihre Stirnseite angrenzend entsprechend auch zwei Breitseiten und zwei Schmalseiten haben. Wenn die beiden Schmalseiten bogenförmig oder verrundet sind, kann die Folie an jeder Schmalseite außen anliegen, ohne dort zwei Mal um 90° geknickt werden zu müssen.
Die Dichtstücke sind aus Kunststoff oder Keramik oder einem anderen elektrisch isolierenden und feuchtigkeitsundurchlässigen Material gefertigt.
Die Heizeinheit kann im Inneren ihrer Hülle mehrere PTC-Heizelemente und zwei Kontaktbleche aufweisen, die mit den PTC-Heizelementen elektrisch kontaktiert sind, und mit denen jeweils eine der Leitungen bzw. Anschlussfahnen elektrisch leitend verbunden oder einstückig gebildet sind. Durch die thermische Klebefunktion der Hülle ist diese zumindest mit den beiden Kontaktblechen verklebt.
Die PTC-Heizelemente und die Kontaktbleche können vorbereitend miteinander verklebt sein, z.B. mit einem Silikonkleber.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der Hülle ist flacher als das erste Ausführungsbeispiel mit den PTC-Heizelementen und besteht aus zwei Folienabschnitten, zwischen denen ein Drahtheizelement oder ein Folienheizelement aufgenommen ist.
Der zumindest eine Radiator kann eine Wellrippe oder ein Aluminiumdruckgussteil mit einer Profilierung oder ein Stranggussteil mit einer großen Oberfläche sein oder aufweisen, die bzw. das fertigungstechnisch einfachen mittels der thermisch aktivierten Klebefunktion direkt mit der Hülle verklebt sein kann.
Der zumindest eine Radiator kann auch ergänzend ein Wärmeleitblech aufweisen, das die durch die Hülle nach außen strömende Wärme an die Wellrippe oder das Aluminiumdruckgussteil oder das Stranggussteil verteilt. Dann ist das Wärmeleitblech mittels der thermisch aktivierten Klebefunktion direkt mit der Hülle verklebt. Weiterhin ist bei dieser Ausgestaltung das Wärmeleitblech mit der Wellrippe oder mit dem Aluminiumdruckgussteil oder mit dem Stranggussteil auf andere Weise verklebt, z.B. mit einem Silikonkleber.
Das beanspruchte Hochvolt-Heizregister hat mehrere vorbeschriebene Hochvolt-Luftheizer. Dabei kann an den Heizeinheiten einseitig ein Radiator erfindungsgemäß befestigt sein, oder an jeder Heizeinheit sind beidseitig Radiatoren erfindungsgemäß befestigt. Im ersten Fall ergibt sich in dem Hochvolt-Heizregister eine Abfolge von einem Radiator gefolgt von einer Heizeinheit gefolgt von wiederum einem Radiator und wieder einer Heizeinheit. Damit entspricht die Anzahl der Radialtoren derjenigen der Heizeinheiten oder die Anzahl der Radialtoren ist um eins größer als die Anzahl der Heizeinheiten. Im zweiten Fall ergibt sich in dem Hochvolt-Heizregister eine Abfolge von einem Radiator gefolgt von einer Heizeinheit gefolgt von zwei Radiatoren gefolgt von einer Heizeinheit gefolgt von wiederum zwei Radiatoren. Damit ist die Anzahl der Radiatoren doppelt so groß wie die Anzahl der Heizeinheiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines vorbeschriebenen Hochvolt-Luftheizers hat folgende Fertigungsschritte seiner Heizeinheit:

- Anordnen der Kontaktbleche und der dazwischen liegenden PTC-Heizelemente oder des Drahtheizelements oder des Folienheizelements im Innern der aus der Folie bestehenden Hülle, und
- Verschließen der Hülle durch das thermische Aktivieren der Klebefunktion der Folie. Dabei wird zumindest ein äußerer Radiator oder sein Wärmeleitblech an der Außenseite der Hülle befestigt.

Die thermisch aktivierte Klebefunktion wird durch ein beidseitiges Aufbringen einer Beschichtung der Folie aus Fluorethylenpropylen (FEP), z.B. Teflon, oder aus Kleber, z.B. Silikonkleber, realisiert. Diese Beschichtung kann nach der Fertigung der Folie in einem darauf folgenden Schritt oder während der Fertigung der Folie erfolgen.
Damit erhält die Heizeinheit des erfindungsgemäßen Luftheizers ein kombiniertes Verbindungs- und Dichtelement in Form ihrer Hülle, wobei der zumindest eine Radiator zuverlässig vor der Spannung abgeschirmt wird, während die inneren unter Spannung stehenden Bauteile zuverlässig vor Feuchtigkeit geschützt werden. Die Klebefunktion wird in einem Schritt thermisch aktiviert. Mit diesem Schritt werden einerseits die im Betrieb unter Spannung stehenden Bauteile an der Innenseite der Hülle und andererseits der zumindest eine Radiator oder sein Wärmeleitblech an der Außenseite befestigt. Die Heizeinheit und damit der Hochvolt-Luftheizer sind damit montagetechnisch und vorrichtungstechnisch einfacher als diejenigen des Standes der Technik.
Wenn in dem genannten Schritt zunächst nur das Wärmeleitblech des Radiators mit der Außenseite der Hülle verklebt wird, muss ergänzend ein Wärmeverteilelement an dem Wärmeleitblech befestig werden.
Das Verschießen kann mit Ausnahme von den Durchdringungen der beiden Leitungen erfolgen, so dass die Heizeinheit vollumfänglich feuchtigkeitsdicht ist. Es können aber auch Ausnehmungen für die beiden Leitungen in der Hülle oder sogar eine komplett offene erste Stirnseite der Hülle verbleiben. Diese wird dann über das Elektronikgehäuse des übergeordneten Heizregisters gedichtet.
Beim ersten Ausführungsbeispiel der Hülle erfolgen vorbereitende Schritte in der genannten Reihenfolge:

- Bilden der Hülle mit beidseitigen Öffnungen durch Wickeln der Folie,
- Verschließen der zweiten Stirnseite der Hülle durch thermisches Aktivieren der Klebefunktion der Folie, und
- Einsetzen der Kontaktbleche und der PTC-Heizelemente in die einseitig offene Hülle.

Vorzugsweise ist das Verschließen der Hülle an der zweiten Stirnseite ein linienförmiges Erhitzen. Damit ergibt sich an der zweiten Stirnseite ein laschenartiger Endabschnitt der Hülle.
Bei einer ersten Verfahrensvariante des zweiten Ausführungsbeispiels der Hülle erfolgen vorbereitende Schritte in der genannten Reihenfolge:

- Bilden einer unvollständigen Hülle mit beidseitigen Öffnungen durch Wickeln der Folie,
- Einsetzten der Kontaktbleche und der - vorzugsweise damit verklebten - PTC-Heizelemente einschließlich zweier stirnseitiger Dichtstücke in die beidseitig offene unvollständige Hülle durch Ineinanderschieben.

Bei einer zweiten Verfahrensvariante des zweiten Ausführungsbeispiels der Hülle erfolgt vorbereitend ein Einwickeln der Kontaktbleche und der PTC-Heizelemente einschließlich zweier stirnseitiger Dichtstücke in die unvollständige Hülle.
Beim dritten Ausführungsbeispiel der Hülle erfolgt vorbereitend ein Einlegen des Drahtheizelements oder des Folienheizelements zwischen zwei flächige Folienabschnitte, die die Hülle bilden.
Die PTC-Heizelemente und/oder die Kontaktbleche oder das Drahtheizelement oder das Folienheizelement bilden die genannten inneren Bauteile.
Mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hochvolt-Luftheizers sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen

1 in einer perspektivischen Ansicht einen Hochvolt-Heizregister mit mehreren erfindungsgemäßen Hochvolt-Luftheizern,
2 in einer perspektivischen Ansicht einen Hochvolt-Luftheizer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 in einer Explosionszeichnung den Hochvolt-Luftheizer aus 2,
4 in einer perspektivischen Darstellung einen Hochvolt-Luftheizer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 in einer Explosionszeichnung eine Heizeinheit des Hochvolt-Luftheizers aus 4,
6 in einer Explosionszeichnung den Hochvolt-Luftheizer aus 4,
7 in einer perspektivischen Ansicht einen Hochvolt-Luftheizer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
8 in einer Explosionszeichnung der Hochvolt-Luftheizer aus 7.

In 1 zeigt zunächst eine Gesamtdarstellung eines Hochvolt-Heizregisters mit mehreren (hier sechs) erfindungsgemäßen Hochvolt-Luftheizern 1; 101; 201. Diese sind in an sich aus dem Stand der Technik bekannten Weise in einem Rahmen 2 eingespannt. An einer gemeinsamen Seite (in 1 links) haben alle Hochvolt-Luftheizer 1; 101; 201 (in 1 nicht gezeigte) elektrische Anschlussfahnen, die sich zur Stromversorgung in ein Elektronikgehäuse 4 hinein erstrecken. Das Elektronikgehäuse 4 hat einen Flanschbereich 6 zur Anlage, einen Signalstecker 8 und einen Hochvolt-Anschlussstecker 10. Das Heizregister dient z.B. zur Erwärmung von Luft für den Innenraum eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs.
In 2 ist einer der Hochvolt-Luftheizer 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel als perspektivische Ansicht zu sehen. Eine mittlere Heizeinheit 12 wird über Anschlussfahnen 14 mit elektrischen Strom versorgt. Die Heizeinheit 12 weist eine erfindungsgemäße Hülle 16 auf, diese kann eine Polyimidfolie, z.B. das Produkt ,Kapton FMT' der Fa. Dupont sein. Es schließt sich an jeder Breitseite der Heizeinheit 12 bzw. der Hülle 16 ein Radiator an, der ein Wärmeleitblech 18 und eine als Wärmeverteilelement dienende Wellrippe 20 aufweist. Der ganze Hochvolt-Luftheizer 1 ist verklebt.
In 3 ist eine Explosionsansicht des Hochvolt-Luftheizers 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus 2 dargestellt.
Mehrere PTC-Heizelemente 22 liegen entweder längs oder quer hintereinander und könnten abweichend auch längs hintereinander liegen. Zwei Kontaktbleche 24, typischerweise aus einer Aluminiumlegierung werden mit den PTC-Heizelementen 22 in einem ersten Schritt zu einem ersten Modul verklebt. Dieses Kleben kann z.B. mit einem Silikonkleber erfolgen, der sehr dünn aufgetragen wird. Das erste Modul wird z.B. in einem Ofenprozess zur Aushärtung des Silikonklebers verklebt.
Auf das erste Modul wird die Hülle 16 aufgeschoben. Auf deren Polyimidfolie ist beidseitig Teflon aufgetragen, welches die Eigenschaft besitzt sich bei einer definierten Temperatur (typischerweise ca. 300°C) in eine Klebeschicht zu verwandeln. Vor dem eigentlichen Aufschieben wird die Hülle 16 erstellt, d.h. gewickelt (ein- oder mehrfach) und an einer zweiten Stirnseite 28 verschlossen. Dieses Verschließen oder Verschweißen erfolgt lokal mittels linienförmiger Erhitzung auf über 290°C. Dadurch steht ein laschenartiger Endabschnitt 16a der Hülle 16 etwas über das letzte PTC-Heizelement 22 und über die beiden Kontaktbleche 24 (in 3 nach rechts) über.
Nachdem die Hülle 16 aufgeschoben ist, werden die beiden Wärmeleitbleche 18 aufgelegt und in einem Schritt 2 zu einem zweiten Modul verklebt. Dazu werden das erste Modul, die Hülle 16 und die Wärmeleitbleche 18 zusammengespannt und in einem Ofen auf über 290°C erwärmt. Dabei verklebt dann die Teflonschicht auf der Hülle 16 einerseits das erste Modul und andererseits die Wärmeleitbleche 18 mit der Hülle 16. Das zweite Modul ist dann eine kompakte Einheit, bei der die PTC-Heizelemente 22 einschließlich der Kontaktbleche 24 elektrisch isoliert und feuchtigkeitsdicht sind.
Der Hochvolt-Luftheizer 1 wird danach in einem Schritt 3 mit den Wellrippen 20 komplettiert. Beispielsweise kann dies durch Verkleben mit einem Silikonkleber geschehen.
Alternativ (nicht dargestellt) kann auch auf die Wärmeleitbleche 18 verzichtet werden. Dann werden die Wellrippen 20 direkt im Schritt 2 mit der Hülle 16 verklebt. Die Fertigung ist damit vereinfacht.
Weiter alternativ kann auch auf die Verklebung des ersten Moduls gemäß Schritt 1 verzichtet werden. Dann werden die PTC-Heizelemente 22 und Kontaktbleche 24 in die Hülle 16 eingebracht, die Wellrippen 20 aufgebracht und gemeinsam in nur einem Schritt bei Temperaturen > 290°C verklebt. Damit ist die Fertigung nochmals stark vereinfacht, der Hochvolt-Luftheizer 1 kann mit nur einem Ofenprozess hergestellt werden. Zudem sinkt die Teileanzahl.
An jeder der beiden Kontaktbleche 24 ist einstückig eine der beiden Anschlussfahnen 14 angeformt, die sich im fertig montierten Zustand aus der ersten Stirnseite 26 der Hülle 16 bzw. der Heizeinheit 12 erstrecken.
Alternativ zu den Wellrippen 20 bekannter Bauart (aus z.B. Aluminium) kann auch ein anderes Wärmeverteilelement verwendet werden. Ein solches kann z.B. ein Aluminiumdruckgussteil mit einer entsprechenden Profilierung sein, auch ein Strangpressteil ist möglich.
In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochvolt-Luftheizers 101, bzw. ein zweites Ausführungsbeispiel der Hülle 116 als perspektivische Ansicht zu sehen. Bei der Hülle 116 sind an beiden Stirnseiten 26, 28 zwei Dichtstücke 130, 132 positioniert, auf die die Folie, die an beiden Stirnseiten 26, 28 nicht zugeschweißt ist, gewickelt bzw. aufgeschoben ist. Die Dichtstücke 130, 132 sind aus elektrisch isolierendem und feuchteundurchlässigem Material gefertigt, dies kann z.B. Kunststoff, Keramik oder ein anderes Material sein.
Das erste Dichtstück 130 ist komplett in die Folie eingesetzt, wobei die Folie etwas über das erste Dichtstück 130 übersteht. Das zweite Dichtstück 132 ist an seinen Außenumfang nur teilweise von der Folie überdeckt.
5 zeigt die Heizeinheit 112 des Hochvolt-Luftheizers 101 aus 4 mit bereits positionierten PTC-Heizelementen 22 und den beiden Kontaktblechen 24. Die Fertigung dieses ersten Moduls erfolgt wieder durch Verkleben mit z.B. Silikonkleber. Weiterhin sind in 5 die beiden Dichtstücke 130, 132 zu sehen. Diese werden in einem Schritt 2 ,vor und hinter' dem ersten Modul positioniert.
An der ersten Stirnseite 26 sind im ersten Dichtstück 130 Ausnehmungen vorgesehen, durch die die Anschlussfahnen 14 der Kontaktbleche 24 nach außen geführt werden. Der Querschnitt des ersten Dichtstücks 130 der ersten Stirnseite 26 entspricht demjenigen des PTC-Heizelements 22 plus denjenigen der beiden Kontaktbleche 24 abzüglich denjenigen der beiden Kontaktfahnen 14, während der Querschnitt des zweiten Dichtstücks 132 der zweiten Stirnseite 28 demjenigen des PTC-Heizelements 22 plus denjenigen der beiden Kontaktbleche 24 entspricht.
Da die Hülle 116 technisch bedingt nicht im 90° - Winkel abknicken kann, ist außen - an den Schmalseiten - immer ein Radius vorhanden. Daher sind die Dichtstücke 130 ,132 mit entsprechenden runden Schmalseiten 130a, 132a versehen.
Im dann folgenden Schritt 3 erfolgt das Fügen der Folie. Diese kann ein- oder mehrfach um das erste Modul und die beiden Dichtstücke 130, 132 gewickelt werden oder als die in 5 gezeigte beidseitig offene Hülle (in 5 von rechts nach links) übergeschoben werden.
In der Explosionsansicht der 6 ist der Hochvolt-Luftheizer 101 mit montierter Heizeinheit 112 dargestellt. An der ersten Stirnseite 26 ist die Hülle 116 ein wenig überlappend über das erste Dichtstück 130 geführt um die elektrische Isolation zu den äußeren Radiatoren bzw. zu deren Wärmeleitblechen 18 sicherzustellen.
Die Schritte zur Fertigung des Hochvolt-Luftheizers 101 sind analog zum ersten Ausführungsbeispiel (3). Die Klebewirkung des Teflons auf der Hülle 116 verklebt die Bauteile zum zweiten Modul. Auch der Schritt 3 ist unverändert. Ebenso sind die bei 3 beschriebenen Alternativen (Entfall der Wärmeleitbleche 18, Entfall der Klebung des ersten Moduls und Entfall der Klebung der Wärmeverteilelemente) auch bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel möglich.
7 zeigt den Hochvolt-Luftheizer 201 in einem dritten Ausführungsbeispiel als perspektivische Ansicht. Die Heizeinheit 212 ist flach ausgestaltet und besteht aus einer Heizbahn 222 und der umgebenden Hülle 216. Die Heizbahn 222 kann ein ausgeätztes oder ausgestanztes Element aus bekanntem Material für Heizelemente (z.B. Kanthal-Legierungen) sein, welches recht dünn, z.B. max. ca. 0,5mm, ist. Die Anschlussfahnen 14 können einstückig an der Heizbahn 222 angeformt sein oder z.B. durch Schweißen angebracht werden.
8 ist eine Explosionsansicht des Hochvolt-Luftheizers 201 aus 7. Hier ist das ,Herz' die Heizbahn 222, die zwischen die zwei Folienschichten oder Folienabschnitten 216a, 216b der Hülle 216 positioniert ist. Außen schließen sich wieder die Wärmeleitbleche 18 an. Zusammen bilden diese Bauteile das zweite Modul, welches in einem integralen Schritt 1 verklebt wird. Auch hier verklebt dann die beidseitig vorhandene Teflonschicht auf den Folienabschnitten 216a, 216b einerseits die Heizbahn 222 und andererseits die Wärmeleitbleche 18 mit der Hülle 216. Auch hier ist das Endergebnis eine kompakte Heizeinheit 212, bei der die Heizbahn 222 elektrisch und feuchteisoliert ist.
Im Schritt 3 werden dann wieder die Wellrippen 20 verbunden, z.B. durch Verkleben mit Silikonkleber in einem zusätzlichen Ofenprozess.
Alternativ kann - wie mit Bezug zu 3 bereits beschrieben - die Verwendung der Wärmeleitbleche 18 entfallen, dann erleichtert sich die Montage durch den Entfall des entsprechenden Ofenprozesses.
Alternativ kann ein erstes Modul, bestehend aus der Heizbahn 222 und den beiden Folienabschnitten 216a, 216b in einem vorgelagerten Schritt 2 gefertigt werden. Eine derartige Heizeinheit 212 ist z.B. für einen speziellen Anwendungsfall in der EP 1 648 199 A1 beschrieben. Die beiden Folienabschnitte 216a, 216b bestehen dabei wieder aus einer mit einer Teflonschicht versehenen Polyimidfolie. Im Schritt 1 wird dann die Heizeinheit 212 bei > 290°C verklebt. Um dann mit Schritt 1 weiterzumachen muss noch eine weitere Teflonisierung vorgenommen werden.
Alternativ zum dritten Ausführungsbeispiel kann die flache Heizeinheit 212 auch aus einem Heizdraht und den beiden umgebenden Folienabschnitten 216a, 216b bzw. der Hülle 216 bestehen. Dann müssen die Anschlussfahnen 14 geeignet angebracht werden. Nach außen schließen sich wieder (fakultative) Wärmeleitbleche 18 und die als Wellrippen 20 ausgestalteten Wärmeverteilelemente an.
Offenbart sind ein Hochvolt-Luftheizer und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Aus mehreren derartigen Hochvolt-Luftheizern wird ein Hochvolt-Heizregister zusammengebaut, mit dem z.B. die Luft für den Innenraum eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs erwärmt wird. Jeder Hochvolt-Luftheizer hat eine mittlere Heizeinheit und einen oder zwei äußere Radiatoren. Die mittlere Heizeinheit hat zumindest ein inneres Heizelement, das über eine Hülle elektrisch isoliert und vor Feuchtigkeit geschützt ist. Die Hülle kann an einer ersten Stirnseite offenbleiben, die in ein Elektronikgehäuse des übergeordneten Hochvolt-Heizregisters eingesetzt wird, wenn zwischen der Heizeinheit und den Elektronikgehäuse eine Dichtung vorgesehen ist, oder die Hülle ist allseitig geschlossen.
Die Hülle ist aus einer Folie, z.B. einer Polyimidfolie, gewickelt, die eine beidseitige Klebefunktion hat, die bei der Fertigung thermisch aktiviert wird. Über die Klebefunktion sind die äußeren Radiatoren und die inneren Heizelemente an der Folie befestigt.
Auch andere Kombinationen der beschriebenen Ausführungsbeispiele sind möglich.
Bezugszeichenliste

1; 101; 201: Hochvolt-Luftheizer
2: Rahmen
4: Elektronikgehäuse
6: Flanschbereich
8: Signalstecker
10: Hochvolt-Anschlussstecker
12; 112; 212: Heizeinheit
14: Leitung / Anschlussfahne
16; 116; 216: Hülle
16a: laschenartiger Endabschnitt
18: Wärmeleitblech
20: Wärmeverteilelement / Wellrippe
22: PTC-Heizelement
24: Kontaktblech
26: erste Stirnseite
28: zweite Stirnseite
130: erstes Dichtstück
132: zweites Dichtstück
130a: Schmalseite des ersten Dichtstücks
132a: Schmalseite des zweiten Dichtstücks
216a, 216b: Folienabschnitt
222: Folienheizelement / Heizbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1327834 B1 [0003]
EP 1445553 A1 [0003]
DE 102013103433 A1 [0004]
EP 1648199 A1 [0063]

Claims

Hochvolt-Luftheizer mit einer länglichen Heizeinheit (12; 112; 212), an der mindestens ein Radiator wärmeleitend befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinheit (12; 112; 212) eine Hülle (16; 116; 216) aufweist, die eine elektrische Isolierung und eine Feuchtigkeitsdichtung bildet, wobei die Hülle (16; 116; 216) zumindest abschnittsweise eine Folie mit thermisch aktivierter Klebefunktion aufweist, und wobei mindestens ein inneres Bauteil und der Radiator mittels der thermisch aktivierten Klebefunktion direkt mit der Hülle (16; 116; 216) verklebt sind.
Hochvolt-Luftheizer nach Anspruch 1, wobei die thermisch aktivierte Klebefunktion durch eine beidseitige Beschichtung der Folie realisiert ist.
Hochvolt-Luftheizer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizeinheit (12; 112; 212) zwei elektrische Leitungen (14) aufweist, die an einer ersten Stirnseite (26) der Hülle (16; 116; 216) angeordnet sind.
Hochvolt-Luftheizer nach Anspruch 3, wobei eine der ersten Stirnseite (26) gegenüber liegende zweite Stirnseite (28) der Hülle (16; 116; 216) aus der Folie gebildet ist.
Hochvolt-Luftheizer nach Anspruch 3, wobei die Hülle (116) an der ersten Stirnseite (26) und an einer der ersten Stirnseite (26) gegenüber liegenden zweiten Stirnseite (28) jeweils ein Dichtstück (130, 132) aufweist, die in die Folie eingesetzt sind, und wobei eine elektrisch isolierende und feuchtigkeitsdichte Verbindung zwischen der Folie und den Dichtstücken (130, 132) durch die thermisch aktivierte Klebefunktion der Folie realisiert ist.
Hochvolt-Luftheizer nach Anspruch 5, wobei die Dichtstücke (130, 132) zwei bogenförmige oder verrundete Schmalseiten (130a, 132a) haben.
Hochvolt-Luftheizer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Heizeinheit (12; 112) im Innern ihrer Hülle (16; 116) mehrere PTC-Heizelemente (22) und zwei Kontaktbleche (24) aufweist, die mit den PTC-Heizelementen (22) elektrisch kontaktiert sind, und mit denen jeweils eine der Leitungen (14) elektrisch leitend verbunden oder daran einstückig gebildet sind, und wobei die mit der Hülle (16; 116) verklebten inneren Bauteile die beiden Kontaktbleche (24) sind.
Hochvolt-Luftheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das mit der Hülle (216) verklebte innere Bauteil ein Drahtheizelement oder ein Folienheizelement (222) ist.
Hochvolt-Luftheizer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Radiator eine Wellrippe (20) oder ein Aluminiumdruckgussteil mit einer Profilierung oder ein Stranggussteil ist oder aufweist.
Hochvolt-Luftheizer nach Anspruch 9, wobei die Wellrippe (20) oder das Aluminiumdruckgussteil oder das Stranggussteil mittels der thermisch aktivierten Klebefunktion direkt mit der Hülle (16; 116; 216) verklebt ist.
Hochvolt-Luftheizer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Radiator ein Wärmeleitblech (18) aufweist, das mittels der thermisch aktivierten Klebefunktion direkt mit der Hülle (16; 116; 216) verklebt ist.
Hochvolt-Heizregister mit mehreren Hochvolt-Luftheizern nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jeder Heizeinheit (1; 101; 201) ein oder zwei Radiatoren zugeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Hochvolt-Luftheizers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 mit den Schritten: - Anordnen von Kontaktblechen (24) und dazwischen liegenden PTC-Heizelementen (22) oder eines Drahtheizelements oder eines Folienheizelements (222) im Innern einer aus einer Folie gebildeten oder eine Folie aufweisenden Hülle (16; 116; 216), und - Verschließen der Hülle (16; 116; 216) und Befestigen eines äußeren Radiators oder seines Wärmeleitblechs (18) durch ein thermisches Aktivieren einer Klebefunktion der Folie.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei zuvor folgende Schritte in der genannten Reihenfolge durchgeführt werden: - Bilden der Hülle (16) mit beidseitigen Öffnungen durch Wickeln der Folie, - Verschließen einer zweiten Stirnseite (28) der Hülle (16) durch thermisches Aktivieren der Klebefunktion der Folie, und - Einsetzten der Kontaktbleche (24) und der PTC-Heizelemente (22) in die Hülle.
Verfahren nach Anspruch 13 mit den vorhergehenden Schritten: - Bilden der Hülle (116) mit beidseitigen Öffnungen durch Wickeln der Folie, - Einsetzten der Kontaktbleche (24) und der PTC-Heizelemente (22) einschließlich zweier stirnseitiger Dichtstücke (130, 132) in die Hülle (116).
Verfahren nach Anspruch 13 mit dem vorhergehenden Schritt: - Einwickeln der Kontaktbleche (24) und der PTC-Heizelemente (22) einschließlich zweier stirnseitiger Dichtstücke (130, 132) in die Folie.
Verfahren nach Anspruch 13 mit dem vorhergehenden Schritt: - Einlegen des Drahtheizelements oder des Folienheizelements (222) zwischen zwei flächige Folienabschnitte (216a, 216b), die die Hülle (216) bilden.