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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug.
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Moderne Kraftfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, welche keinen kraftstoffbetriebenen Verbrennungsmotor umfassen und elektrisch angetrieben werden, umfassen häufig elektrische Heizeinrichtungen, um die für eine Fahrzeuginnenraumklimatisierung erforderliche Wärme bereitstellen zu können. Derartige elektrische Heizeinrichtungen weisen eine hohe Heizleistung auf, so dass entsprechende Vorsichtsmaßnahmen für einen sicheren Betrieb und für mögliche Defektfälle der elektrischen Heizeinrichtungen getroffen werden müssen.
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Die
DE 20 2006 020 172 U1 beschreibt einen Stromunterbrecher für elektrische Versorgungsleitungen von Kraftfahrzeugen mit pyrotechnischen Ladungen, die in einem von der elektrischen Versorgungsleitung ausgebildeten Hohlraum angeordnet sind, wobei der gesamte Kontakt durch Stromfluss erwärmt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizeinrichtung bereitzustellen, welche bei Defektfällen zuverlässig deaktiviert wird.
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Diese Aufgabe wird mit einer elektrischen Heizeinrichtung mit den Markmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Heizeinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Beschrieben wird eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug. Die elektrische Heizeinrichtung umfasst einen Wärmetauscherkörper, der eine Wärmeübergangsfläche hat. An der Wärmeübergangsfläche kann ein zu erwärmendes Medium anstehen und/oder Wärme von einer elektrischen Heizvorrichtung, beispielsweise einer Heizschicht, eingetragen werden. Es kann ein indirekter Kontakt mit der Heizschicht ausreichen, beispielsweise über gut wärmeleitende Kupferlitzen, die die elektrische Kontaktierung der Heizschicht bilden. Die Wärmeübergangsfläche ist eine Fläche des Wärmetauscherkörpers, an der Wärme in Abhängigkeit von einem vorhandenen Temperaturgradienten in den Wärmetauscherkörper eingetragen oder ausgetragen wird. Die elektrische Heizeinrichtung umfasst weiterhin einen zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum, wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum einen den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden Wandabschnitt aufweist, der an die Wärmeübergangsfläche angrenzt. Der Ausdruck „angrenzt“ kann hier so verstanden werden, dass der den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzende Wandabschnitt auf seiner dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum abgewandten Seite einen Teil der Wärmeübergangsfläche bildet, an dem das zu erwärmende Medium ansteht und/oder erzeugte Wärme eingetragen wird. In dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum ist eine pyrotechnische Ladung angeordnet. Weiterhin ist vorgesehen, dass der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum einen den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt aufweist, an den eine elektrische Anschlussleitung der elektrischen Heizeinrichtung angrenzt. Der Ausdruck „angrenzt“ kann hier dahingehend verstanden werden, dass auf der dem Hohlraum abgewandten Seite des weiteren Wandabschnitts die elektrische Anschlussleitung verläuft oder alternativ, dass der weitere Wandabschnitt von der elektrischen Anschlussleitung selbst ausgebildet wird. Ein zumindest teilweise abgeschlossener Hohlraum ist ein Hohlraum welcher an einigen Stellen noch Öffnungen in ihn begrenzenden Wandabschnitten aufweisen kann, beispielsweise in Form von Spalten an oder zwischen Rändern einzelner Wandabschnitte.
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Die pyrotechnische Ladung kann insbesondere ein temperaturempfindliches Material sein, welches bei Erreichen einer Zündtemperatur spontan chemisch reagiert, wobei Gas und Feststoffpartikel freigesetzt werden. Bei der ablaufenden chemischen Reaktion können als Reaktionsprodukte beispielsweise 10 % Gase und 90 % Feststoffpartikel freigesetzt werden. Die Gase und Feststoffpartikel freisetzende chemische Reaktion kann insbesondere zu einem starken Druckanstieg innerhalb des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums führen, welcher zu einem Platzen des Hohlraums führt, wobei die elektrische Anschlussleitung durch ein Aufwölben des weiteren Wandabschnitts während des Platzens des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums unterbrochen wird. Der Druckanstieg wird durch die bei der chemischen Reaktion freigesetzte thermische Energie, die das in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum vorhandene Gas erhitzt, und die bei der chemischen Reaktion freigesetzten Reaktionsprodukte, insbesondere das freigesetzte Gas, erreicht. Durch das Unterbrechen der elektrischen Anschlussleitung kann die elektrische Heizeinrichtung zuverlässig bei Überschreiten einer durch die pyrotechnische Ladung definierten Temperaturschwelle, der Zündtemperatur des temperaturempfindlichen Materials, von einer Stromversorgung abgekoppelt und damit außer Betrieb genommen werden. Die elektrische Anschlussleitung kann eine elektrische Zuleitung zu einer oder mehreren Heizleitungen sein, die parallel oder seriell verschaltet sein können. Die Heizleitungen können als konventionelle ohmsche Widerstände ausgebildet sein. Insbesondere können für die Heizleitungen Materialien verwendet werden, die keine Eigenschaften haben, welche einem unerwünschten Temperauranstieg entgegenwirken. Die elektrische Anschlussleitung kann auch selbst bereits Teil der Heizleitung sein. Die elektrische Anschlussleitung kann mehrere einzelne Leitungspfade umfassen, die im Bereich des weiteren Wandabschnitts getrennt voneinander verlaufen können. Die Temperaturschwelle, bei der das temperaturempfindliche Material reagiert, stellt die Zündtemperatur der pyrotechnischen Ladung dar. Die Zündtemperatur der pyrotechnischen Ladung kann durch geeignete Wahl der Materialien in weiten Temperaturbereichen variiert werden, das heißt eingestellt werden. Die Zündtemperatur der pyrotechnischen Ladung kann beispielsweise zwischen 295 °C und 305 °C liegen, was einer mittleren Zündtemperatur von 300 °C entspricht. Möglich ist beispielsweise auch eine Zündtemperatur von etwa 260 °C. Selbstverständlich kann die elektrische Heizeinrichtung mehrere pyrotechnische Ladungen in verschiedenen zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlräumen aufweisen, so dass elektrische Anschlussleitungen an unterschiedlichen Stellen der elektrischen Heizeinrichtung unterbrochen werden können. Denkbar ist beispielsweise daher auch, dass nur in den Bereichen der elektrischen Heizeinrichtung eine Unterbrechung der elektrischen Anschlussleitung erfolgt, in denen tatsächlich ein unerwünscht hoher Temperaturanstieg erfolgt. Möglich ist auch, dass nur eine teileweise Trennung der elektrischen Heizeinrichtung von der Stromquelle vorgesehen ist, um einen leistungsreduzierten Notbetrieb der elektrischen Heizeinrichtung zu ermöglichen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die pyrotechnische Ladung an dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden Wandabschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein unerwünschter Temperaturanstieg aufgrund einer Fehlfunktion der elektrischen Heizeinrichtung frühzeitig erkannt werden und die elektrische Heizeinrichtung von der Stromversorgung durch die pyrotechnische Ladung getrennt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzende weitere Wandabschnitt dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden Wandabschnitt gegenüberliegt. Der Ausdruck „gegenüberliegt“ kann dabei insbesondere so verstanden werden, dass der Wandabschnitt und der weitere Wandabschnitt durch eine direkte gerade Linie, die vollständig innerhalb des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums verläuft, verbunden werden können. Auf diese Weise kann, insbesondere wenn die pyrotechnische Ladung an dem Wandabschnitt angeordnet ist, besonders leicht eine gerichtete Kraftentfaltung durch die pyrotechnische Ladung in Richtung auf den weiteren Wandabschnitt hin realisiert werden, um die elektrische Anschlussleitung besonders leicht trennen zu können. Dies erlaubt beispielsweise die Verwendung einer kleineren pyrotechnischen Ladung, wodurch die Sicherheit der elektrischen Heizeinrichtung erhöht wird. Alternativ ist auch denkbar, dass der Wandabschnitt und der weitere Wandabschnitt gerade nicht einander gegenüber liegen, sondern beispielsweise zueinander senkrechte Flächen bilden. Die von der pyrotechnischen Ladung beim Zünden freigesetzte Kraft wird dann innerhalb des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums umgelenkt, beispielsweise an einem entsprechend gekrümmten Wandabschnitt, um sie zielgerichtet auf den weiteren Wandabschnitt zu lenken. Insbesondere aufgrund der erforderlichen Umlenkung kann eine etwas größere pyrotechnische Ladung erforderlich sein. Allerdings erlaubt die Umlenkung eine freiere Ausgestaltung der elektrischen Heizeinrichtung.
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Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum zumindest teilweise in dem Wärmetauscherkörper ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine besonders effiziente thermische Anbindung des Wandabschnitts an die Wärmeübergangsfläche erreicht werden. Weiterhin kann auf diese Weise die Fertigung des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums, in dem die pyrotechnische Ladung angeordnet wird, einfach ausgestaltet sein, da eine einfache Einbuchtung auf der äußeren Oberfläche des Wärmetauscherkörpers, in welchem die pyrotechnische Ladung angeordnet wird, und welcher anschließend verschlossen wird, bereits ausreichend sein kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum zwischen der Wärmeübergangsfläche und einer weiteren Wärmeübergangsfläche, an der elektrisch erzeugte Wärme in den Wärmetauscherkörper eingetragen wird, liegt. Diese Anordnung erlaubt eine besonders kompakte Ausgestaltung der elektrischen Heizeinrichtung, bei der die elektrische Anschlussleitung im Bereich der weiteren Wärmeübergangsfläche angeordnet sein kann. Die weitere Wärmeübergangsfläche ist eine Fläche des Wärmetauscherkörpers, an der Wärme in Abhängigkeit von einem vorhandenen Temperaturgradienten in den weiteren Wärmetauscherkörper eingetragen oder ausgetragen wird.
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Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum zumindest teilweise außerhalb des Wärmetauscherkörpers in einer Abdeckung ausgebildet ist, die auch die elektrische Anschlussleitung führt. Auf diese Weise kann durch das Austauschen der Abdeckung und das Anbringen einer neuen pyrotechnischen Ladung gegebenenfalls die elektrische Heizeinrichtung nach dem Trennen von der Stromversorgung durch das Auslösen der pyrotechnischen Ladung wieder instand gesetzt werden. Es muss also nicht die gesamte elektrische Heizeinrichtung nach einem Defekt ausgetauscht werden. Weiterhin kann mit Hilfe der Abdeckung leicht der geforderte zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum insbesondere dann realisiert werden, wenn dieser zum Teil in dem Wärmetauscherkörper und zum Teil in der Abdeckung realisiert ist. Die Abdeckung kann korkenartig ausgebildet sein und in der Vertiefung in dem Wärmetauscherkörper, die die anderen Wände des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums ausbildet, verklemmt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzende Wandabschnitt zumindest teilweise von Sollbruchstellen begrenzt ist. Das Vorsehen von den weiteren Wandabschnitt begrenzenden Sollbruchstellen erleichtert das kontrollierte Durchtrennen der elektrischen Anschlussleitung, die an den weiteren Wandabschnitt angrenzt. Weiterhin kann eine kleinere pyrotechnische Ladung verwendet werden, da die zum Aufwölben des weiteren Wandabschnitts erforderliche Kraft geringer ist.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die elektrische Anschlussleitung zumindest eine Leitungssollbruchstelle umfasst, die in einem Bereich der elektrischen Anschlussleitung liegt, der an den den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt angrenzt. Auf diese Weise kann beim Aufwölben des weiteren Wandabschnitts nach dem Auslösen der pyrotechnischen Ladung eine kontrollierte Trennung der elektrischen Anschlussleitung realisiert sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum zwischen der pyrotechnischen Ladung und dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt ein Amboss angeordnet ist. Der Amboss kann durch das temperaturbedingte Auslösen der pyrotechnischen Ladung und die dabei entstehenden Gase und Feststoffpartikel, die in Richtung auf den Amboss strömen, in Richtung auf den weiteren Wandabschnitt beschleunigt werden, wodurch das Aufwölben des weiteren Wandabschnitts unterstützt werden kann. Der Amboss kann aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Ein elektrisch isolierender Amboss kann, insbesondere wenn er den weiteren Wandabschnitt zumindest teilweise durchschlägt und/oder in diesem Stecken bleibt, zu einer besonders zuverlässigen und schnellen Trennung der elektrischen Anschlussleitung beitragen, die insbesondere ohne zeitweiliges Ausbilden von Lichtbögen erfolgt.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die pyrotechnische Ladung in einem Anzündhütchen angeordnet ist. Ein Anzündhütchen ist ein Standartbauteil, welches kostengünstig in genormten Größen verfügbar ist, so dass die Fertigungskosten und gegebenenfalls Instandhaltungskosten, falls das Anzündhütchen getauscht werden muss, gering ausfallen können. Das Anzündhütchen kann beispielsweise in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum verklemmt angeordnet sein.
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Die Erfindung wird nun anhand der begleitenden Zeichnungen auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Schnittansicht eines Ausschnitts einer ersten elektrischen Heizeinrichtung;
- 2 eine zweite Schnittansicht eines Ausschnitts einer zweiten elektrischen Heizeinrichtung;
- 3 eine dritte Schnittansicht eines Ausschnitts einer dritten elektrischen Heizeinrichtung;
- 4 eine vierte Schnittansicht eines Ausschnitts einer vierten elektrischen Heizeinrichtung;
- 5 eine fünfte Schnittansicht eines Ausschnitts einer fünften elektrischen Heizeinrichtung;
- 6 eine sechste Schnittansicht eines Ausschnitts einer sechsten elektrischen Heizeinrichtung; und
- 7 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Heizeinrichtung.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Teile. In den Zeichnungen erkennbare Spalten zwischen zwei aneinander angrenzenden Komponenten können, sofern nichts Gegenteiliges in der Beschreibung erklärt wird, als die Grenzen zwischen den einzelnen dargestellten Komponenten verdeutlichend angesehen werden. Derartige Spalten dienen also nur der Übersichtlichkeit der Darstellung.
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1 zeigt eine erste Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer ersten elektrischen Heizeinrichtung. In dem dargestellten Ausschnitt der elektrischen Heizeinrichtung 10 ist schraffiert ein Ausschnitt eines Wärmetauscherkörpers 14 erkennbar. In der 1 im unteren Bereich unterhalb des Wärmetauscherkörpers 14 kann ein Medium 18 an dem Wärmetauscherkörper 14 entlangströmen, so dass die dortige Oberfläche des Wärmetauscherkörpers 14 eine Wärmeübergangsfläche 16 darstellt. In der 1 im oberen Bereich ist eine elektrische Anschlussleitung 28 dargestellt, welche auf einer weiteren Wärmeübergangsfläche 30 des Wärmetauscherkörpers 14 angeordnet ist. Die weitere Wärmeübergangsfläche 30 kann beispielsweise als plattenartige Abdeckung ein integraler Bestandteil des Wärmetauscherkörpers 14 sein. Möglich ist auch, dass die weitere Wärmeübergangsfläche 30 lediglich die Oberfläche des Wärmetauscherkörpers 14 bezeichnet, auf der die elektrische Anschlussleitung 28 angeordnet wird. Die elektrische Anschlussleitung 28 kann beispielsweise insbesondere auch einen oder mehrere als ohmsche Widerstände ausgebildete Heizdrähte umfassen beziehungsweise zu diesen Führen. Die elektrische Anschlussleitung 28 kann beispielsweise als Stanzgitter ausgebildet sein. Möglich ist auch, dass die elektrische Anschlussleitung 28 auf einen Folienträger aufgebracht ist, beispielsweise durch Laminierung, und dieser Folienträger flächig mit dem Wärmetauscherkörper 14 verbunden wird, beispielsweise durch Verkleben. Weiterhin sind Leitungssollbruchstellen 36 durch Pfeile markiert, an welchen die elektrische Anschlussleitung 28 beim Auslösen einer pyrotechnischen Ladung 24 unterbrochen wird. Leitungssollbruchstellen 36 können beispielsweise als Bügelkanten oder in einer anderen dem Fachmann bekannten Weise realisiert werden. Die pyrotechnische Ladung 24 ist an einem Wandabschnitt 22 angeordnet, welcher einen zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20 teilweise begrenzt. Der Wandabschnitt 22 grenzt an die Wärmeübergangsfläche 16 an. Der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum 20 ist zunächst als Einbuchtung in dem Wärmetauscherkörper 14 ausgeführt, welche zunächst nach außen offen ist, um die pyrotechnische Ladung 24, welche beispielsweise als Anzündhütchen ausgeführt sein kann, in der nach außen offenen Einbuchtung an dem Wandabschnitt 22 verklemmen zu können. Die Einbuchtung in dem Wärmetauscherkörper 14 kann dann nach außen beispielsweise durch eine plattenartige fest mit dem Wärmetauscherkörper 14 zu verbindende weitere Wärmeübergangsfläche 30 verschlossen werden, um den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20 zu bilden. Der Teil, der die Einbuchtung in dem Wärmetauscherkörper 14 dann in Richtung auf die elektrische Anschlussleitung 28 abschließt, bildet dann den weiteren Wandabschnitt 26. Denkbar ist auch, einen korkenartigen Einsatz in die Einbuchtung einzubringen, um die Einbuchtung abzuschließen und den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20 zu bilden. Die elektrische Anschlussleitung 28 kann dann, beispielsweise mit Leitungssollbruchstellen 36 versehen, auf der weiteren Wärmeübergangsfläche 30 angeordnet sein.
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Normalerweise erreicht der Wärmetauscherkörper 14 an der Wärmeübergangsfläche 16 eine Betriebstemperatur zwischen 120 °C und 130 °C. Kurzfristig kann vorgesehen sein, dass die elektrische Heizeinrichtung 10 eine erhöhte Temperatur von beispielsweise bis zu 230 °C toleriert. Eine entsprechende Abschalteinrichtung, welche ein zerstörungsfreies Deaktivieren der elektrischen Heizeinrichtung bei dieser kurzfristig zu tolerierenden Temperatur realisiert, ist im Folgenden im Zusammenhang mit 7 skizziert. Die pyrotechnische Ladung 24 ist derart ausgelegt, dass sie bei einer nominalen Zündtemperatur von 300 °C reagiert. Die bei derartigen pyrotechnischen Ladungen üblichen chargenabhängigen geringen Streuungen der Zündtemperaturen ergeben eine chemische Reaktion der pyrotechnischen Ladung, welche beispielsweise zwischen 295 °C und 305 °C startet. Sobald die pyrotechnische Ladung 24 zündet, wird eine große Menge an Gasen und Partikeln innerhalb des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums 20 freigesetzt, und aufgrund der Anordnung der pyrotechnischen Ladung 24 an dem Wandabschnitt 22 im Wesentlichen in Richtung des weiteren Wandabschnittes 26 gebündelt, so dass dieser dort aufgewölbt wird, beziehungsweise der weitere Wandabschnitt 26 vollständig abgesprengt wird. Dabei wird die elektrische Anschlussleitung 28, insbesondere an den Leitungssollbruchstellen 36 durchtrennt, so dass die elektrische Heizeinrichtung 10 von einer Stromversorgung abgekoppelt wird. Auf diese Weise kann ein weiteres Ansteigen der Temperatur innerhalb der elektrischen Heizeinrichtung 10 verhindert werden. Die pyrotechnische Ladung 24 kann beispielsweise als standardisiertes Anzündhütchen ausgeführt sein. Der Durchmesser des Anzündhütchens kann beispielsweise 5,33 mm (large riffle) oder 4,45 mm (small riffle) betragen. Das verwendete Anzündhütchen kann beispielsweise 20 mg einer pyrotechnischen Feststoffmasse beinhalten, welche spontan bei Erreichen einer Zündtemperatur zwischen 295 °C und 305 °C unter Freisetzung von Gasen und Feststoffen (beispielsweise 10 % Gase und 90 % Feststoffe) reagiert.
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2 zeigt eine zweite seitliche Schnittansicht eines Ausschnitts einer zweiten elektrischen Heizeinrichtung. Der Aufbau des sichtbaren Ausschnitts der elektrischen Heizeinrichtung 10 ist weitgehend zu der aus 1 bereits bekannten elektrischen Heizeinrichtung 10 identisch. Allerdings ist in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20 zwischen der pyrotechnischen Ladung 24 und dem weiteren Wandabschnitt 26 ein Amboss 38 erkennbar. Darüber hinaus ist die in 2 dargestellte Leitungssollbruchstelle 36 gegenüber einer Sollbruchstelle 34 in dem weiteren Wandabschnitt 26 an dem weiteren Wandabschnitt 26 angeordnet. Alternativ zu der in 2 dargestellten Anordnung der Sollbruchstelle 34 kann diese insbesondere am Rand des weiteren Wandabschnitts 26 angeordnet sein, und diesen zumindest teilweise begrenzen. Ebenso kann auch die Leitungssollbruchstellte 36 analog am Rand gegenüber der dann dort angeordneten Sollbruchstelle 34 angeordnet sein.
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Wenn die pyrotechnische Ladung 24 ihre Zündtemperatur erreicht, wird der Amboss 38 durch die freigesetzten Gase und Feststoffpartikel in Richtung auf den weiteren Wandabschnitt 26 beschleunigt. Der Amboss 38 kann den weiteren Wandabschnitt 26 aufwölben beziehungsweise vollständig absprengen. Dabei können insbesondere die Sollbruchstelle 34 und die Leitungssollbruchstelle 36 ein Aufwölben des weiteren Wandabschnitts 26 begünstigen. Der Amboss 38 kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen oder zumindest an seiner dem weiteren Wandabschnitt 26 zugewandten Seite ein solches umfassen, beispielsweise als Beschichtung, und nach dem Aufwölben des weiteren Wandabschnitts 26 in diesem stecken bleiben, so dass eine zusätzliche mechanische Sperre an den Durchtrittsstellen, das heißt der Sollbruchstelle 34 und der Leitungssollbruchstellte 36, durch den Amboss 38 die elektrische Anschlussleitung 28 unterbricht. Der Amboss 38 kann ein integraler Bestandteil eines Anzündhütchens sein, das die pyrotechnische Ladung 24 trägt. Der Amboss 38 kann allerdings auch unabhängig von einem als Anzündhütchen ausgebildeten Träger der pyrotechnischen Ladung ausgebildet sein. Amboss 38 und/oder Anzündhütchen können auch bei den weiteren dargestellten elektrischen Heizeinrichtungen zusätzlich und/oder als Träger der pyrotechnischen Ladung 24 verwendet werden.
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3 zeigt eine dritte seitliche Schnittansicht einer dritten elektrischen Heizeinrichtung. Bei der in 3 dargestellten Heizeinrichtung 10 ist eine Abdeckung 32 vorgesehen, welche nach Art einer Endkappe eine in diesem Bereich verlaufende elektrische Anschlussleitung 28 führt. Die Abdeckung 32 kann beispielsweise eine Endkappe einer Heizspirale 48 sein, welche dann in üblicher Weise als Wärmetauscherkörper anzusehen ist, in dessen Inneren ohmsche Widerstände angeordnet sind. Die äußere Oberfläche der Heizspirale 48 ist als Wärmeübergangsfläche 16 anzusehen, an der zumindest in einem in der Figur nicht dargestellten Bereich zu erwärmendes Medium entlang strömen kann. Zwischen der elektrischen Anschlussleitung 28 und der Heizspirale 48 kann, analog zu den in den 1 und 2 dargestellten elektrischen Heizeinrichtungen 10, ein zumindest teilweise abgeschlossener Hohlraum mit einer pyrotechnischen Ladung 24 vorgesehen sein. Bei Erreichen der Zündtemperatur der pyrotechnischen Ladung 24 wird auch bei der in 3 dargestellten elektrischen Heizeinrichtung 10 die elektrische Anschlussleitung 28 im Bereich der Abdeckung 32 durchtrennt. Durch das Anbringen einer neuen Abdeckung 32, welche insbesondere auch eine intakte elektrische Anschlussleitung 28 sowie eine neue pyrotechnische Ladung 24 umfassen kann, kann die in 3 dargestellte elektrische Heizeinrichtung 10 besonders leicht nach Auslösen der pyrotechnischen Ladung 24 instand gesetzt werden.
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4 zeigt eine vierte Schnittansicht eines Ausschnitts einer vierten elektrischen Heizeinrichtung. Die in 4 dargestellte elektrische Heizeinrichtung 10 baut auf der in 1 dargestellten elektrischen Heizeinrichtung 10 auf. Es ist ein zweiter Wärmetauscherkörper 14' unterhalb des Wärmetauscherkörpers 14 erkennbar, dessen zweite Wärmeübergangsfläche 16' mit der Wärmeübergangsfläche 16 einen Strömungskanal für das Medium 18 bilden. Die Funktion und Anordnung der weiteren Komponenten in und an dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' stimmen mit den in 1 genannten Komponenten weitgehend überein. Es ist eine zweite elektrische Anschlussleitung 28' dargestellt, welche auf einer zweiten weiteren Wärmeübergangsfläche 30' des zweiten Wärmetauscherkörpers 14' angeordnet ist. Die zweite weitere Wärmeübergangsfläche 30' kann beispielsweise wieder als plattenartige Abdeckung ein integraler Bestandteil des zweiten Wärmetauscherkörpers 14' sein. Möglich ist auch wieder, dass die zweite weitere Wärmeübergangsfläche 30' nur die Oberfläche des zweiten Wärmetauscherkörpers 14' bezeichnet, auf der die zweite elektrische Anschlussleitung 28' angeordnet wird. Die zweite elektrische Anschlussleitung 28' kann wieder insbesondere auch einen oder mehrere als ohmsche Widerstände ausgebildete Heizdrähte umfassen beziehungsweise zu diesen führen. Die zweite elektrische Anschlussleitung 28' kann beispielsweise wieder als Stanzgitter ausgebildet sein. Möglich ist auch wieder, dass die zweite elektrische Anschlussleitung 28' auf einen Folienträger aufgebracht ist, beispielsweise durch Laminierung, und dieser Folienträger flächig mit dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' verbunden wird, beispielsweise durch Verkleben. Weiterhin sind weitere Leitungssollbruchstellen 36' durch Pfeile markiert, an welchen die zweite elektrische Anschlussleitung 28' beim Auslösen einer zweiten pyrotechnischen Ladung 24' unterbrochen wird. Die weiteren Leitungssollbruchstellen 36' können beispielsweise als Bügelkanten oder in einer anderen dem Fachmann bekannten Weise realisiert werden. Die zweite pyrotechnische Ladung 24' ist an einem zweiten Wandabschnitt 22' angeordnet, welcher einen zweiten zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20' teilweise begrenzt. Der zweite Wandabschnitt 22' grenzt an die zweite Wärmeübergangsfläche 16' an. Der zweite zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum 20' ist wieder zunächst als Einbuchtung in dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' ausgeführt, welche zunächst nach außen offen ist, um die zweite pyrotechnische Ladung 24', welche beispielsweise als Anzündhütchen ausgeführt sein kann, in der nach außen offenen Einbuchtung an dem zweiten Wandabschnitt 22' verklemmen zu können. Die Einbuchtung in dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' kann dann nach außen beispielsweise durch eine plattenartige fest mit dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' zu verbindende zweite weitere Wärmeübergangsfläche 30' verschlossen werden, um den zweiten zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20' zu bilden. Der Teil, der die Einbuchtung in dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' dann in Richtung auf die zweite elektrische Anschlussleitung 28' abschließt, bildet dann den zweiten weiteren Wandabschnitt 26'. Denkbar ist auch, einen korkenartigen Einsatz in die Einbuchtung einzubringen, um die Einbuchtung abzuschließen und den zweiten zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20' zu bilden. Die zweite elektrische Anschlussleitung 28' kann dann, beispielsweise mit den weiteren Leitungssollbruchstellen 36' versehen, auf der zweiten weiteren Wärmeübergangsfläche 30' angeordnet sein. Das Auslösen der pyrotechnischen Ladung 24 und der zweiten pyrotechnischen Ladung 24' erfolgt unabhängig voneinander ausschließlich temperaturabhängig. Auf diese Weise kann beispielsweise eine teilweise Trennung der elektrischen Heizeinrichtung 10 von der Energiequelle erfolgen, wenn nur eine der beiden pyrotechnischen Ladungen 24, 24' auslöst.
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5 zeigt eine fünfte Schnittansicht eines Ausschnitts einer fünften elektrischen Heizeinrichtung. Die in 5 dargestellte elektrische Heizeinrichtung 10 baut ebenfalls auf der in 1 dargestellten elektrischen Heizeinrichtung 10 auf. Allerdings ist im unteren Bereich der Figur eine Heizschicht 50 erkennbar, die an der Wärmeübergangsfläche 16 angeordnet ist. Die Heizschicht 50 erwärmt das vorbeiströmende Medium 18 direkt und kann in nicht dargestellter Weise über die elektrische Anschlussleitung 28 mit der ebenfalls nicht dargestellten Stromquelle verbunden sein. Möglich ist auch, dass oberhalb des Wärmetauscherkörpers 14 ebenfalls zu erwärmendes Medium strömt, um den Wirkungsgrad der elektrischen Heizeinrichtung 10 weiter zu verbessern. Tritt an der Heizschicht 50 eine unerwünschte und nicht tolerierbare Temperaturerhöhung ein, so wird der Wandabschnitt 22 aufgrund des Wärmestroms erhitzt und die pyrotechnische Ladung 24 reagiert. Dadurch wird die elektrische Anschlussleitung 28 an den Sollbruchstellen 36 durchtrennt und somit die elektrische Heizschicht 50 dauerhaft von der Stromquelle getrennt. Eine weitere Erwärmung der elektrischen Heizeinrichtung 10 kann auf diese Weise dauerhaft und sicher ausgeschlossen werden, da diese bis zu ihrer Instandsetzung funktionslos ist.
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6 zeigt eine sechste Schnittansicht eines Ausschnitts einer sechsten elektrischen Heizeinrichtung. Bei der in 6 dargestellten elektrischen Heizeinrichtung ist der Wärmetauscherkörper 14 um eine Kanalabdeckung 56 ergänzt. Zwischen dem Wärmetauscherkörper 14 und der Kanalabdeckung 56 wird das zu erwärmende Medium 18 geführt, das beispielsweise flüssig oder gasförmig sein kann. Die Kanalabdeckung 56 kann beispielsweise fest, insbesondere stoffschlüssig, mit dem Wärmetauscherkörper 14 verbunden sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch das Verschweißen der Kanalabdeckung 56 mit dem Wärmetauscherkörper 14 hergestellt werden. Die Kanalabdeckung kann insofern als integraler Bestandteil des Wärmetauscherkörpers 14 angesehen werden. An dem Wärmetauscherkörper 14 ist die Heizschicht 50 angeordnet. Von der Heizschicht 50 erzeugte Wärme kann in Form eines Wärmestroms 52 über eine Wärmebrücke 54 direkt zu der Kanalabdeckung 56 gelangen. Die Wärmebrücke 54 kann beispielsweise zapfenartig ausgebildet sein und insbesondere eine möglichst kurze und direkte thermische Verbindung zwischen der Heizschicht 50 und der Kanalabdeckung 56 realisieren. Die Wärmebrücke 54 kann stoffschlüssig mit der Kanalabdeckung 56 verbunden sein, um einen guten Wärmeübergang zu erlauben. Die Kanalabdeckung 56 weist in Fortsetzung der Wärmebrücke 54 eine Anformung auf, die eine Ausnehmung zur Aufnahme der pyrotechnischen Ladung 24 bereitstellt. Die Ausnehmung ist Teil des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums 20 und die Fläche der Ausnehmung, auf der die pyrotechnische Ladung 24 aufliegt, ist die Wärmeübergangsfläche 16 an der der von der Heizschicht 50 erzeugte Wärmestrom 52 austritt. Der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum 20 grenzt somit an die Heizschicht 50 an. Die Anformung wird von einem Formteil 58, das beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann, eingefasst. Das Formteil 58 kann thermisch isolierend wirken. Das Formteil 58 kann einen Niederhalter 64, der insbesondere stegartig ausgebildet sein kann, aufweisen, der die pyrotechnische Ladung 24 in der Ausnehmung fixieren kann. Das Formteil 58 ist mit Hilfe von Befestigungsmitteln 62 an der Kanalabdeckung 56 fixiert. Die Befestigungsmittel 62 können beispielsweise als Schrauben ausgebildet sein. Die Befestigungsmittel 62 können in dafür vorgesehene Fassungen 60 an der Kanalabdeckung 56 eingreifen, um die Fixierung des Formteils 58 zu gewährleisten. Die Befestigungsmittel 62 dienen weiterhin der Fixierung der elektrischen Anschlussleitung 28. Die elektrische Anschlussleitung 28 kann beispielsweise als Leiterplatte ausgebildet sein, auf der elektrische Leitungen verlaufen, die unter anderem der Stromversorgung der Heizschicht 50 dienen. Weitere elektronische Komponenten der elektrischen Heizeinrichtung 28 können ebenfalls vorgesehen sein, insbesondere wenn die elektrische Anschlussleitung 28 als Leiterplatte ausgebildet ist. Die elektrische Anschlussleitung 28 definiert wieder den weiteren Wandabschnitt, der den Hohlraum 20 zumindest teilweise begrenzt. Die beim Auslösen der pyrotechnischen Ladung 24 entstehende Kraft wird durch die Anordnung der pyrotechnischen Ladung 24 auf der gegenüberliegenden Seite des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums 20 in Richtung auf den weiteren Wandabschnitt gebündelt, so dass dieser wieder mechanisch soweit aufgewölbt oder zerstört wird, dass die in diesem Bereich verlaufende elektrische Anschlussleitung 28 der Heizschicht 50 zerstört wird.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs. Das in 7 schematisch dargestellte Fahrzeug umfasst, neben einer elektrischen Heizeinrichtung 10, eine Stromquelle 40 zur Versorgung der elektrischen Heizeinrichtung 10 sowie ein Steuergerät 42, zum Steuern der elektrischen Heizeinrichtung 10. Das Steuergerät 42 kann insbesondere über einen oder mehrere IGBTs 44 die Heizleistung der elektrischen Heizeinrichtung 10 regeln. Weiterhin ist in der elektrischen Heizeinrichtung 10 ein Temperatursensor 46 vorgesehen, so dass das Steuergerät 42 eine unerwünschte Temperaturerhöhung über die normale Betriebstemperatur von 120 °C bis 130 °C hinaus detektieren und die elektrische Heizeinrichtung 10 beispielsweise bei einer erfassten Übertemperatur von 230 °C deaktivieren kann, ohne dass eine weitere Beschädigung der elektrischen Heizeinrichtung 10 erfolgt. IGBTs 44 haben die Eigenschaft, dass sie bei einem defektbedingten Ausfall leitend werden. Sind also der oder die IGBTs 44 defekt, so kann das Steuergerät 42 die Heizleistung der elektrischen Heizeinrichtung 10 nicht regulieren, so dass insbesondere auch ein Abschalten der elektrischen Heizeinrichtung 10 bei Erreichen der Übertemperatur von 230 °C am Temperatursensor 46 nicht möglich ist. Bei einer weiteren Erhöhung der Temperatur in der elektrischen Heizeinrichtung 10 reagiert schließlich die pyrotechnische Ladung 24 bei Erreichen ihrer Zündtemperatur von beispielsweise ca. 300 °C, so dass die elektrische Anschlussleitung 28 kontrolliert getrennt wird. Die elektrische Heizeinrichtung 10 wird damit dauerhaft von der Stromquelle 40 getrennt, bis eine Instandsetzung oder ein Austausch der elektrischen Heizeinrichtung 10 erfolgt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- elektrische Heizeinrichtung
- 12
- Fahrzeug
- 14
- Wärmetauscherkörper
- 14'
- zweiter Wärmetauscherkörper
- 16
- Wärmeübergangsfläche
- 16'
- zweite Wärmeübergangsfläche
- 18
- Medium
- 20
- zumindest teilweise abgeschlossener Hohlraum
- 20'
- zweiter zumindest teilweise abgeschlossener Hohlraum
- 22
- Wandabschnitt
- 22'
- zweiter Wandabschnitt
- 24
- pyrotechnische Ladung
- 24'
- zweite pyrotechnische Ladung
- 26
- weiterer Wandabschnitt
- 26'
- zweiter weiterer Wandabschnitt
- 28
- elektrische Anschlussleitung
- 28'
- zweite elektrische Anschlussleitung
- 30
- weitere Wärmeübergangsfläche
- 30'
- zweite weitere Wärmeübergangsfläche
- 32
- Abdeckung
- 34
- Sollbruchstelle
- 36
- Leitungssollbruchstelle
- 36'
- weitere Leitungssollbruchstelle
- 38
- Amboss
- 40
- Stromquelle
- 42
- Steuergerät
- 44
- IGBT
- 46
- Temperatursensor
- 48
- Heizspirale
- 50
- Heizschicht
- 52
- Wärmestrom
- 54
- Wärmebrücke
- 56
- Kanalabdeckung
- 58
- Formteil
- 60
- Fassung
- 62
- Befestigungsmittel
- 64
- Niederhalter
