DE102017120467A1

DE102017120467A1 - Heizer und Verfahren zu dessen Herstellung und Heizregister

Info

Publication number: DE102017120467A1
Application number: DE102017120467.9A
Authority: DE
Inventors: Rupert Jäger; Wolfgang Werling; Frederik Samenfink
Original assignee: DBK David and Baader GmbH
Current assignee: DBK David and Baader GmbH
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-03-07
Also published as: WO2019048491A1

Abstract

Offenbart sind ein elektrisch isolierter Heizer und ein Verfahren zu dessen Montage mit einem Heizstrang und einseitig oder zweiseitig angelegten Radiatoren, die als Wellrippen ausgestaltet sein können. Dabei sind an dem Hüllrohr Andrücklaschen zum Einspannen des Radiators oder der Radiatoren gebildet. Stirnseitig kann der Heizstrang zumindest einseitig - vorzugsweise zweiseitig mit Dichtelementen verschlossen sein, die Halteabschnitte aufweisen. Über den oder die Halteabschnitte kann der Fluidheizer in einem Rahmen eines übergeordneten Heizregisters oder in einem Fluidkanal gehalten werden können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Heizregister mit mehreren derartigen Heizern und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Heizer.
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 zunächst durch die erhitzten Radiatoren und dann in den Innenraum des Automobils geführt. Die oft verwendeten PTC-Heizelemente haben einen positiven Temperaturkoeffizienten und sind daher selbstregelnde Kaltleiter, die bei zunehmender Erwärmung einen zunehmenden elektrischen Widerstand aufbauen, wodurch die aufgenommene elektrische Leistung und damit auch die Heizleistung verringert werden.
In der Druckschrift EP 1 327 834 B1 ist ein derartiger Luftheizer für Automobile offenbart, bei denen jeweils mehrere PTC-Heizelemente Wärme leitend mit Wärme abgebenden länglichen Wellrippen verbunden sind. Nachteilig an derartigen Luftheizern ist die elektrische Spannung zwischen den offen liegenden Wellrippen bzw. das elektrische Potenzial der Wellrippen und die sich daraus ergebenden Begrenzung des Einsatzes des Luftheizers bei höheren Spannungen. PTC-seitig bzw. innenseitig sind an den Wellrippen Radiatorbleche vorgesehen, die durch umgebogene längsseitige Vorsprünge der Radiatorbleche mit den Wellrippen verbunden sind.
Weiterhin sind Luftheizer bekannt, an deren Hüllrohren und Radiatoren keine elektrische Spannung anliegt. Dazu werden die Strom führenden Bauteile im Innern des Hüllrohres mit einer elektrisch isolierenden Hülle umfasst.
In der EP 1 681 906 A1 ist ein derartiger elektrischer isolierter Heizer offenbart, bei dem ein mittleres Hüllrohr, in dem PTC-Heizelemente aufgenommen sind, und ein rippenförmiger Radiator einstückig in einem Bauteil gebildet sind. Nachteilig an derartigen Heizern ist, dass sie nicht modular zu Heizregistern weitergebildet werden können.
In der Druckschrift DE 10 2013 103 433 A1 ist ein Luftheizer und ein entsprechendes Heizregister offenbart, dessen PTC-Heizelemente einschließlich ebenfalls unter elektrischer Spannung stehender äußerer Kontaktbleche eingehaust sind, womit keine frei liegenden Bauteile unter Spannung stehen. Genauer gesagt werden bei der Herstellung des Luftheizers die PTC-Heizelemente und die Kontaktbleche mit einer Hülle aus Kapton ummantelt, dann wird die Hülle mit den inneren Bauteilen in ein Hüllrohr aus Aluminium eingeschoben und verpresst. Auf das Hüllrohr werden dann von außen Wellrippen montiert.
Nachteilig an Luftheizern der zuletzt genannten Druckschrift ist, dass die Wellrippen verklebt sind, was einen weiteren aufwändigen Arbeitsschritt bedeutet. Weiterhin nachteilig an diesen Lösungen ist, dass die Dichtungs- und/oder Klebematerialien Silikon beinhalten können.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Heizer, ein Heizregister mit derartigen Heizern und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Heizer zu schaffen, wobei im Betrieb keines der außen liegenden Bauteile elektrisches Potenzial aufweist, und wobei das zentrale Hüllrohr und der mindestens eine äußere Radiator vorrichtungstechnisch und fertigungstechnisch einfach miteinander Wärme leitend verbunden werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Heizer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Heizregister mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Heizers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16.
Der beanspruchte Heizer kann insbesondere zur Erwärmung von Luft, aber auch für andere Medien wie z.B. Flüssigkeiten, Granulate oder Pulver verwendet werden. Er hat einen Heizstrang mit einem länglichen Hüllrohr, in dem PTC-Heizelemente Wärme leitend eingespannt sind. Die PTC-Heizelemente sind zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig oder vollumfänglich elektrisch gegenüber dem Hüllrohr isoliert. Damit weist keines der außen liegenden Bauteile elektrisches Potenzial auf. Ein- oder beidseitig an dem Hüllrohr ist jeweils ein äußerer Radiator Wärme leitend befestigt. Das Hüllrohr ist vorzugsweise ein stabartiges abgeflachtes Aluminium-Strangpressprofil. Der oder die Radiatoren sind vorzugsweise Wellrippen. Erfindungsgemäß ist an dem Hüllrohr mindestens eine Andrücklasche einstückig gebildet, über die der mindestens eine Radiator mit einer Haltekraft beaufschlagt ist und damit Wärme leitend gegen das Hüllrohr gespannt ist. Während der Fertigung des erfindungsgemäßen Heizers wird die Andrücklasche in Richtung zum Radiator gebogen. Damit sind das zentrale Hüllrohr und der mindestens eine äußere Radiator vorrichtungstechnisch und fertigungstechnisch einfach miteinander Wärme leitend verbunden.
Besonders einfach ist jede Wellrippe durch beidseitige Beaufschlagung mit einer Haltekraft befestigbar, wenn eine entsprechende Anzahl von Paaren von zueinander parallelen Andrücklaschen am Hüllrohr gebildet ist, wobei die Andrücklaschen jedes Paares zueinander gerichtet gebogen sind.
Gemäß der Druckschrift DE 10 2013 103 433 A1 sind an den Endabschnitten des Hüllrohres außen umlaufende Dichtungen angeordnet. Diese entfalten ihre dichtende Wirkung nur in Verbindung mit einem weiteren stirnseitigen Bauteil eines übergeordneten Heizregisters, das die Dichtungen umgreifen muss. Dieses weitere Bauteil ist an der einen Seite des Heizregisters ein Elektronikgehäuse und an der anderen Seite ein so genanntes Stützteil. Nachteilig an derartigen Luftheizern ist, dass zu ihrer Halterung in einem zu erwärmenden Luftstrom bzw. Luftkanal oder in einem Rahmen eines übergeordneten Heizregisters weitere Vorrichtungen und/oder Befestigungsmittel nötig sind.
Stirnseitig an mindestens einem der beiden Endabschnitte des Hüllrohres des erfindungsgemäßen Heizers ist vorzugsweise ein Dichtelement vorgesehen. Das Dichtelement kann z.B. aus Silikon oder Fluorkautschuk (FKM) hergestellt sein. Vorzugsweise ist an den beiden Endabschnitten des Hüllrohres jeweils ein Dichtelement vorgesehen. Das mindestens eine Dichtelement kann komplett in den jeweiligen Endabschnitt eingeschoben sein. Abweichend kann das mindestens eine Dichtelement einen in den Endabschnitt des Hüllrohrs eingesetzten Dichtabschnitt und einen einstückig damit gebildeten Halteabschnitt aufweisen. Damit ist der Heizer über den Halteabschnitt oder vorzugsweise über die beiden Halteabschnitte vorrichtungstechnisch einfach in einem Fluidstrom bzw. in einem Strom eines zu erwärmenden Gases haltbar. Insbesondere ist der Heizer in einem Luftkanal bzw. in einem Kanal des anderen Gases haltbar oder an einem Rahmen eines übergeordneten Heizregisters befestigbar.
Vorzugsweise hat der Dichtabschnitt eine Außenkontur, die einer Innenkontur des Hüllrohres entspricht. Dann kann der Dichtabschnitt während des Zusammenbaus mit Spielpassung oder mit Übergangspassung in den Endabschnitt des Hüllrohres eingeschoben werden und dann durch (radiales) Zusammenpressen des Hüllrohres dichtend eingespannt werden.
Um einen Hochvolt-Heizer zu erhalten, kann die elektrische Isolierung mit einer Isolierhülle aus einem Kunststoff, z.B. Polyimid realisiert sein, in die die PTC-Heizelemente und zwei Kontaktbleche eingeschoben werden, oder die als Folie um die PTC-Heizelemente und um die Kontaktbleche gewickelt ist.
Hochvolt heißt im Zusammenhang mit dieser Schrift mindestens 50V. Derartige Hochvolt-Heizer eignen sich für einen Betrieb im automobiltechnischen Hochvoltbereich oder für die Industrie, typischerweise bis 1.200V.
Alternativ kann die Isolierung auch nur einseitig angebracht sein. Damit liegt eine Seite der PTC-Heizelemente direkt oder über ein Ausgleichsblech am Hüllrohr an, Damit liegen das Hüllrohr und die Radiatoren bzw. Wellrippen an elektrischem Potenzial, z.B. auf der Fahrzeugmasse. Eine solche Ausgestaltungsform kann für einen Heizer im Niedervoltbereich (bis 50 Volt) verwendet werden. Dabei ist der elektrische Anschluss erleichtert, da nur ein Masseanschluss benötigt wird.
Vorzugsweise hat der Halteabschnitt einen etwa rechteckigen Querschnitt, der etwa einem Querschnitt einer Ausnehmung z.B. des Fluidkanals bzw. Gaskanals oder des Rahmens entspricht. Dann kann der Halteabschnitt mit Spielpassung oder mit Übergangspassung in die Ausnehmung eingeschoben sein, womit der Heizer gehalten ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Die Montage des Dichtabschnitts ist vereinfacht, wenn der Endabschnitt des Hüllrohrs und der Dichtabschnitt spiegelsymmetrisch sind. Diese Spiegelsymmetrie ist vorzugsweise zu einer Ebene ausgebildet, in der auch eine Längsachse des Heizers liegt.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des Dichtelements ist der Halteabschnitt gegenüber dem Dichtabschnitt radial erweitert.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des Dichtelements hat der Halteabschnitt die gleiche Querschnittsfläche wie der Dichtabschnitt. Dann ist das Dichtelement fertigungstechnisch einfach als Extrusiosteil herstellbar.
Der radial erweiterte Halteabschnitt hat bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung vier im rechten Winkel zueinander angeordnete äußere Anlageflächen oder im Wesentlichen die Form eines Quaders. Dann kann der Halteabschnitt mit Spielpassung oder mit Übergangspassung in eine entsprechend quaderförmige Ausnehmung z.B. des Fluidkanals bzw. Gaskanals oder des Rahmens eingeschoben sein, womit der Heizer gehalten ist. Besonders bevorzugt werden dabei entsprechen geformte Halteabschnitte für quaderförmige Ausnehmungen an beiden Seiten des Heizers, die entlang der Längsachse des Heizers angeordnet sind. Dies kann als schwimmende Lagerung für den Heizer dienen.
Der Quader kann zur Verhinderung von Verkanten und Verklemmen an seinen äußeren Kanten Fasen oder kleine Ausnehmungen aufweisen. Z.B. hat der Quader an seinen vier äußeren Kanten derartige Fasen oder Ausnehmungen.
Vorzugsweise hat der Halteabschnitt eine umlaufende Hüllrohr-Anlagefläche für eine umlaufende Stirnseite oder einen umlaufenden Rand des Hüllrohres. Dann kann das Dichtelement beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Heizers bis zu einer definierten Tiefe in den Endabschnitt eingeschoben werden. Dabei kann der Dichtabschnitt komplett im dem Endabschnitt eingeschoben werden.
Vorzugsweise hat der Halteabschnitt mindestens eine Radiator-Anlagefläche für einen Endabschnitt des mindestens einen Radiators. Der Endabschnitt des Radiators kann eine Abschlusskante der Wellrippe sein. Damit kann der an der Außenseite des Hüllrohres befestigte Radiator zusätzlich positioniert und/oder gesichert werden.
Das Dichtelement ist vorrichtungstechnisch besonders einfach ausgeführt, wenn die Hüllrohr-Anlagefläche und die mindestens eine Radiator-Anlagefläche in einer gemeinsamen Seitenfläche des Quaders liegen oder diese Seitenfläche bilden.
Eine erste Variante des erfindungsgemäßen Heizregisters hat einen vorbeschriebenen Heizer mit einem Heizstrang und mit zwei Radiatoren und darüber hinaus mehrere vorbeschriebene Heizer mit jeweils einem Heizstrang und nur einem Radiator. Damit hat die erste Variante eine vergleichsweise hohe Dichte von Heizsträngen im Verhältnis zu den Radiatoren.
Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Heizregisters hat mehrere vorbeschriebene Heizer, die alle jeweils einen Heizstrang und zwei Radiatoren aufweisen. Damit hat die zweite Variante eine vergleichsweise geringe Dichte von Heizsträngen im Verhältnis zu den Radiatoren.
Mit beiden Varianten ist ein elektrisch isoliertes, feuchtegeschütztes und stabiles Heizregister geschaffen, das eine hohe Flexibilität (Zahl der Heizer, Länge, Breite, leere Hüllrohre etc.) aufweist.
Das Heizregister hat vorzugsweise einen Rahmen, in dem die Heizer gehalten sind. Dazu weist der Rahmen die genannten Ausnehmungen auf, in die jeweils ein Halteabschnitt eingesetzt ist.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizregisters hat jeder Heizer zwei Dichtelemente, deren beide Halteabschnitte in einander gegenüber liegende Ausnehmungen eines ersten und eines zweiten Rahmenteils des Rahmens eingesetzt sind. Weiterhin kann der Rahmen ein drittes und ein viertes Rahmenteil aufweisen, die sich etwa parallel zu den Heizern oder deren Heizsträngen erstrecken.
Vorzugsweise sind die beiden Halteabschnitte der Heizer in die einander etwa gegenüber liegenden Ausnehmungen derart eingesetzt, dass die Heizer entlang ihrer jeweiligen Längsachse Spiel aufweisen. Mit einer derartigen schwimmenden Lagerung der Heizer in dem Rahmen können thermisch bedingte Längenänderungen und/oder Längentoleranzen ausgeglichen werden. Außerdem können so Vibrationen, die vom Fluidkanal, insbesondere Luftkanal auf den Rahmen übertragen werden, besser toleriert werden.
Bei einer Weiterbildung weist der Rahmen ein Elektronikgehäuse auf. Dies ist benachbart zum ersten Rahmenteil oder einstückig damit gebildet. Dann hat jeweils eines der beiden Dichtelemente jedes Heizers zwei Durchgangsausnehmungen, durch die sich elektrische Leitungen in das Elektronikgehäuse erstrecken.
Die Rahmenteile können an ihren Endabschnitten über formschlüssige, reibschlüssige oder stoffschlüssige Verbindungen miteinander verbunden sein. Solche Verbindungen können Clipsverbindungen, Schwalbenschwanzverbindungen, Steckverbindungen, Ultraschallschweißungen oder dergleichen sein.
Die reibschlüssigen Verbindungen der Rahmenteile können durch jeweils einen Vorsprung und jeweils eine Ausnehmung gebildet sein. Besonders bevorzugt wird es, wenn jeweils zwei der Ausnehmungen durch eine durchgehende Nut in einem der beiden weiteren Rahmenteil gebildet ist, so dass die beiden weiteren Rahmenteile aus Extrusionsteilen gefertigt werden können. Dies ist fertigungstechnisch einfach und bietet die Möglichkeit, verschieden lange weitere Rahmenteile zu fertigen, die an verschieden lange Heizer angepasst sind.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind an Außenseiten des Rahmens Ausnehmungen für Befestigungsmittel ausgebildet, über die das Heizregister in dem zu erwärmenden Fluidstrom oder Fluidkanal, insbesondere Luftstrom oder Luftkanal befestigbar ist und/oder über die eine weitere Vorrichtung z.B. ein Thermostat oder ein Temperaturfühler am Rahmen befestigbar ist.
Vorzugsweise sind die Ausnehmungen am ersten und/oder am zweiten Rahmenteil angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines vorbeschriebenen Heizers und weist folgende Schritte in der genannten Reihenfolge auf:

- Anlegen des mindestens einen Radiators an das Hüllrohr - vorzugsweise zwischen die beiden an dem Hüllrohr gebildete Andrücklaschen eines Paares, die sich entlang dem Hüllrohr erstrecken; und
- Befestigen des Radiators durch Umbiegen der mindestens einen Andrücklasche - vorzugsweise durch Zusammenpressen der beiden Andrücklaschen.

Damit werden das zentrale Hüllrohr und der mindestens eine Radiator vorrichtungstechnisch und fertigungstechnisch einfach miteinander Wärme leitend verbunden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Umbiegen der mindestens einen Andrücklasche über ihre Länge gleichzeitig, z.B. mittels eines Stempels oder sukzessive, z.B. mittels einer Rolle.
Vorzugsweise erfolgen vorher folgende Schritte in der genannten Reihenfolge:

- Einsetzen der PTC-Heizelemente in das Hüllrohr,
- Einsetzen des oder der Dichtabschnitte in den oder die Endabschnitte des Hüllrohres, und
- Zusammenpressen des Hüllrohres.

Der letztgenannte Schritt dient zur Erzeugung einer Wärme leitenden Anlage zwischen den PTC-Heizelementen und dem Hüllrohr und zur Erzeugung einer dichtenden Anlage zwischen dem oder den Dichtabschnitten und dem oder den Endabschnitten des Hüllrohres.
Das Zusammenpressen des Hüllrohres kann durch Einleiten einer Presskraft etwa mittig an dem Hüllrohr oder außermittig an zwei Biegeabschnitten erfolgen, die sich entlang der beiden Schmalseiten des Hüllrohres erstrecken, und die im Querschnitt des Hüllrohres etwa bogenförmig oder u-förmig sind.
Verschiedene Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen als Luftheizer ausgestalteten Heizers und des erfindungsgemäßen Heizregisters sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen

1 in einer perspektivischen Ansicht mehrere erfindungsgemäße Luftheizer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und einen erfindungsgemäßen Luftheizer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
2 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Heizregister gemäß einer ersten Variante mit den Luftheizern aus 1,
3 in einem Längsschnitt das Heizregister aus 2,
4a in einer perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines Dichtelements,
4b in einer perspektivischen Explosionszeichnung den erfindungsgemäßen Luftheizer gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aus 1,
5 bis 8 jeweils in einem Querschnitt den erfindungsgemäßen Luftheizer gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 4 in verschiedenen Fertigungsschritten,
9 in einer perspektivischen Ansicht ein zuleitungsseitiges Dichtelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
10 in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel eines Heizers mit den Dichtelementen aus den 9 und 11,
11 in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Dichtelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für den Heizer aus 10,
12 in einer perspektivischen Teilansicht ein erfindungsgemäßes Heizregister, und
13 in einem perspektivischen Längsschnitt das Heizregister aus 12.

1 zeigt eine erste Variante des erfindungsgemäßen Heizregisters ohne Rahmen in einer Explosionszeichnung. Das Heizregister hat mehrere Luftheizer 1 mit jeweils einem Heizstrang 2 und mit nur einer Wellrippe 4 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und einen erfindungsgemäßen Luftheizer 101 mit einem Heizstrang 2 und zwei Wellrippen 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (in 1 unten). Die Wellrippe(n) 4 ist/sind in jedem Fall innig mit einem Hüllrohr 8 des Heizstranges 2 verbunden. Damit hat die erste Variante des Heizregisters eine vergleichsweise hohe Dichte von Heizsträngen 2 im Verhältnis zu den Wellrippen 4.
In jedem Heizstrang 2 sind mehrere (in 1 nicht gezeigte) PTC-Heizelemente hintereinander gereiht, von denen über elektrische Leitungen 6 und (in 1 ebenfalls nicht gezeigte) Kontaktbleche zugeführter elektrischer Strom in Wärme umgewandelt wird. Die Wärme wird über das Hüllrohr 8 und über die Wellrippe(n) 4 an ein zu erwärmendes Medium, beispielsweise einen Luftstrom abgegeben.
Das Hüllrohr 8 ist als Strangpressprofil ausgeführt und besteht aus einer Aluminiumlegierung. Generell könnte das Hüllrohr 8 auch aus einem anderen Metall bzw. einer anderen Legierung hergestellt werden, die sich in die gewünschte Form bringen lässt. So wäre z.B. Kupfer oder Messing möglich.
In dem Hüllrohr 8 ist eine Vorbaugruppe bestehend aus den PTC-Heizelementen und den beiden Kontaktblechen und einer elektrischen Isolierhülle aufgenommen, die z.B. in 4b gezeigt sind. Die Vorbaugruppe ist zusammen mit zwei erfindungsgemäßen Dichtelementen 10, 12 in dem Hüllrohr 8 verpresst. Genauer gesagt ist in einen zuleitungsseitigen Endabschnitt des Hüllrohres 8 ein zuleitungsseitiges Dichtelement 10 abschnittsweise eingesetzt, das zwei Durchführungen für die elektrischen Leitungen 6 hat, während in den anderen Endabschnitt des Hüllrohres 8 ein weiteres Dichtelement 12 abschnittsweise eingesetzt ist. Die Dichtelemente 10, 12 werden mit Bezug zu den 3, 4a und 4b genauer erläutert.
Prinzipiell stellt jeder dieser Luftheizer 1; 101 ein verkaufsfähiges Produkt dar, wenn z.B. nur wenig Leistung verlangt wird, oder nur wenig Platz zur Verfügung steht (Beispiel: Nackenheizer in einer Kopfstütze eines Kraftfahrzeuges).
In 1 ist dem gegenüber eine Kaskadierung zu sehen, bei der mehrere Luftheizer 1; 101 übereinander angeordnet sind. Damit ist ein wesentlicher Teil einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Heizregisters geschaffen. Es ist möglich, die Leistung des Heizregisters zu variieren. So können die Heizstränge 2 länger sein mit mehr PTC-Heizelementen hintereinander. Oder die Heizstränge 2 sind breiter mit quer eingebauten PTC-Heizelementen. Oder das Heizregister weist mehr oder weniger als die gezeigten sechs Luftheizer 1; 101 auf. Außerdem können auch statt nur einem Luftheizer 101 mit beidseitigen Wellrippen 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auch alle Luftheizer 101 mit beidseitigen Wellrippen 4 ausgebildet sein. Damit wäre die zweite Variante des Heizregisters geschaffen, die gegenüber der ersten Variante eine geringere Dichte von Heizsträngen 2 im Verhältnis zu den Wellrippen 4 aufweist.
In 2 ist die gesamte erste Variante des Heizregisters perspektivisch dargestellt. Es besteht aus den Luftheizern 1; 101 aus 1 und einem umgebenden Rahmen 14. Dieser weist zwei einander gegenüber liegende Rahmenteile 16, 18 auf, in die die Dichtelemente 10, 12 abschnittsweise eingeschoben sind. Zwei weitere ebenfalls einander gegenüber liegende Rahmenteile 20, 22 werden mittels Schwalbenschwanzverbindungen 24 in die erstgenannten Rahmenteile 16, 18 eingeschoben und mittels Schnapphaken fixiert. Der Rahmen 14 kann aus verschiedenen Kunststoffmaterialien bestehen, beispielsweise Polyamid (PA) oder für höhere Wärmestabilität Polyphenylensulfid (PPS) und hat neben der Funktion als Schutz für die innen liegenden Luftheizer 1; 101 (insbesondere deren Wellrippen 4) und zur Fixierung auch eine gestalterische Funktion.
An die beiden erstgenannten Rahmenteile 16, 18 außen angebracht sind Ausnehmungen 28, die zur Montage des Heizregisters verwendet werden können. So kann dieses beispielsweise mit Schrauben an oder in einem Luftkanal fixiert werden. Auch Einclipsen, Einschieben o.ä. sind möglich.
Weiterhin sind an den erstgenannten Rahmenteilen 16, 18 Ausnehmungen 26 zu sehen, über die Zusatzelemente, beispielsweise ein Temperaturfühler oder ein Thermostat am Rahmen 14 angebracht werden können.
Auf der linken Seite gemäß 2 sind die elektrischen Leitungen 6 zu sehen, die aus einem der erstgenannten Rahmenteile 16 herausgeführt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind dies isolierte Litzen, also Kabel. Abweichend ist auch ein Heizregister möglich, bei der die elektrischen Leitungen 6 in ein (nicht gezeigtes) Elektronikgehäuse geführt werden, in welches eine Elektronik zur Steuerung des Heizregisters eingesetzt ist. Abweichend ist es möglich, dass die elektrischen Leitungen 6 als Flachelemente (Kontaktfahnen, Flachstecker) ausgebildet sind.
3 ist eine Schnittdarstellung des Heizregisters aus 2. Auch hier sind die vier Rahmenteile 16, 18, 20, 22 dargestellt, insbesondere deren Schwalbenschwanzverbindungen 24 mit Schnapphaken.
In 3 ist weiterhin dargestellt, dass die Luftheizer 1; 101 über ihre Dichtelemente 10, 12 schwimmend im Rahmen 14, genauer gesagt in den erstgenannten Rahmenteilen 16, 18 aufgenommen sind, so dass Längsdehnungen, entweder durch thermische Ausdehnungen im Betrieb oder auch durch Toleranzschwankungen der einzelnen Bauteile aufgenommen werden können.
Mit Bezug zu den 4a und 4b haben die Dichtelemente 10, 12 einen in den Endabschnitt des Hüllrohres 8 eingeschobenen und dort verpressten Dichtabschnitt 30, dessen Querschnitt dem inneren Querschnitt des Hüllrohres 8 entspricht. Weiterhin haben die Dichtelemente 10, 12 einen einstückig mit dem Dichtabschnitt 30 gebildeten Halteabschnitt 32. der Halteabschnitt 32 ist gegenüber dem Dichtabschnitten 30 radial erweitert und im Wesentlichen quaderförmig.
Der Querschnitt des Halteabschnitts 32 entspricht im Wesentlichen dem Querschnitt einer jeweiligen Ausnehmung 34, die an Innenseiten der erstgenannten Rahmenteile 16, 18 gebildet sind (vgl. 3), und in die die Haltabschnitte 32 eingeschoben sind. Die Formulierungen „im Wesentlichen“ kann bedeuten, dass an den vier äußeren Kanten jedes Halteabschnitts 32 Fasen oder kleine Ausnehmungen 32a (vgl. 4a) vorgesehen sind, die keine Entsprechung bei den Ausnehmungen 34 der Rahmenteile 16, 18 haben. In diesem Fall verbleiben vier im rechten Winkel zueinander angeordnete äußere Anlageflächen des Halteabschnitts 32, wie in 4a und 4b gezeigt.
Die Querschnitte der Dichtabschnitte 30 und der Endabschnitte der zugeordneten Hüllrohre 8 und die Querschnitte der Halteabschnitte 32 und der zugeordneten Ausnehmungen 34 sind senkrecht zur Zeichenebenen der 3 angeordnet.
Der Halteabschnitt 32 des in den 4a und 4b gezeigten Dichtelements 12 und des in 4b gezeigten Dichtelements 10 hat eine umlaufende Hüllrohr-Anlagefläche 32b für eine umlaufende Stirnseite oder einen umlaufenden Rand des Hüllrohres 8. Damit wird das Dichtelement 10, 12 beim Zusammenbau des Luftheizers 101 bis zu einer definierten Tiefe in den Endabschnitt eingeschoben, bei der sein Dichtabschnitt 30 komplett im dem Endabschnitt eingeschoben wird.
Weiterhin hat der Halteabschnitt 32 zwei Radiator-Anlageflächen 32c jeweils für einen Endabschnitt einer Wellrippe 4. Damit werden die an den Außenseiten des Hüllrohres 8 befestigten Wellrippen 4 zusätzlich positioniert und/oder gesichert. Die Hüllrohr-Anlagefläche 32b und die beiden Radiator-Anlageflächen 32c liegen in einer gemeinsamen Seitenfläche des im Wesentlichen quaderförmigen Halteabschnitts 32, die dem Hüllrohr 8 und den beiden Wellrippen 4 zugewandt ist.
Die Dichtelemente 10 ,12 haben erfindungsgemäß eine Doppelfunktion: Zum einen dichten sie das betroffene Hüllrohr 8 mit der innen liegenden Vorbaugruppe (PTC-Heizelemente, Kontaktbleche, Isolierhülle) ab, zum anderen bilden sie eine schwimmende Führung bzw. Lagerung des Luftheizers 1; 101 im Rahmen 14 entlang der Längsachse 35. Vorteilhaft ist auch die optimierte Beständigkeit gegen Vibration.
4b zeigt eine Explosionsansicht des zweiten (unteren) Ausführungsbeispiels des Luftheizers 101 aus 1. Bei dessen Montage werden die beiden Kontaktbleche 38 (z.B. aus Aluminium, Messing oder ähnliche Legierungen), mit denen die elektrischen Leitungen 6 z.B. durch Crimpen verbunden sind, auf den PTC-Heizelemente 36 positioniert. Gegebenenfalls kann noch ein (nicht dargestellter) Positionsrahmen aus z.B. Kunststoff oder Pressglimmer (Mikanit) verwendet werden. Alternativ ist es auch möglich, die PTC-Heizelemente 36 und Kontaktbleche 38 mittels eines Klebevorgangs zu positionieren.
Ein Paket aus den PTC-Heizelementen 36 und Kontaktblechen 38 wird dann in eine Isolierhülle 40 eingeschoben. Diese Isolierhülle 40 besteht aus einem elektrisch gut isolierenden Material, beispielsweise einer Polyimidfolie (z.B. das Produkt ,Kapton‘ des Herstellers Dupont). Die Isolierhülle 40 wird vorgefertigt und endseitig zusammengefaltet oder als Folie auch direkt ein- oder mehrfach um das Paket herum gewickelt.
Auf die elektrischen Leitungen 6 wird sodann das zuleitungsseitige Dichtelement 10 aufgeschoben. Dabei werden die von Litzen oder Kabeln gebildeten elektrischen Leitungen 6 durch Durchgangsausnehmungen 42 gefädelt. Diese Vorbaugruppe wird dann in das Hüllrohr 8 eingeschoben.
Nachdem die Vorbaugruppe und das zuleitungsseitige Dichtelement 10 in das Hüllrohr 8 eingeschoben sind, muss nur noch gegenüber das weitere Dichtelement 12 in das Hüllrohr 8 eingeschoben werden.
Sodann erfolgt ein erster Verpressschritt (Schritt 3 der Montage). Nach dem Verpressen dient das zuleitungsseitige Dichtelement 10 auch als Zugentlastung für die elektrischen Leitungen 6.
Auch zu sehen sind die beiden Wellrippen 4, die nach dem Verpressen des Heizstranges 8 auf diesen positioniert und ebenfalls verpresst werden (Schritte 4 und 5 der Montage).
Die Wellrippen 4 bestehen aus einem Band aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung, welches geeignet gefaltet wird. Sinnhaft ist die Einbringung von (nicht gezeigten) Sicken in die annähernd vertikalen Rippenbereiche zur Stabilisierung und gegen das ,Aufspringen‘ und das Verpressen zur Bildung ebener ,Umkehrbereiche‘. Neben der Verwendung eng zusammengefalteter Wellrippen 4 ist natürlich auch eine Verwendung von Wellrippen 4 mit größeren Abständen (Z-Rippe / U-Rippe / Delta-Rippe) möglich.
Die 5 bis 8 zeigen jeweils Querschnitte durch die Komponenten des Heizstranges 2 in der Reihenfolge seiner Montage.
Zunächst wird im Schritt 1 das als Hüllrohr 8 dienende Alu-Strangpressprofil gemäß 5 bereitgestellt. Gut sind in dieser Darstellung die verschiedenen Verpressgeometrien zu sehen: die als Biegeabschnitte 44 dienenden ,Ohren‘ an den Schmalseiten des Hüllrohres 8, diese werden später so verpresst, dass sie über die Lebenszeit des Luftheizers 101 eine elastische Vorspannkraft auf die Vorbaugruppe ausüben. Nur so ist die sichere Kontaktierung und Entwärmung der PTC-Heizelemente 36 möglich.
Weiterhin sind an der Ober- und Unterseite des Hüllrohres 8 jeweils zwei Andrücklaschen 46 für die Wellrippen 4 ausgebildet. Diese werden später nach innen an die Wellrippen 4 angepresst.
Gemäß 5 wird im Schritt 2 dann die Vorbaugruppe aus PTC-Heizelementen 36, Kontaktblechen 38 und Isolierhülle 40 in die Ausnehmung des Hüllrohres 8 eingeschoben. Oberhalb der eingeschobenen Vorbaugruppe verbleibt zunächst ein Spalt, der das einfache Einschieben ermöglicht und später geschlossen wird.
Gemäß 6 wird im nächsten Schritt 3 dann die Vorbaugruppe einschließlich der beiden Dichtelemente 10, 12 (vgl. 4a und 4b) mittels einer Presskraft F verpresst. Dargestellt ist das Aufbringen der Presskraft F auf den zentralen Bereich, also direkt auf die innen liegenden Vorbaugruppe. Es ist aber generell auch möglich, die Presskraft F auf die Biegeabschnitte 44 aufzubringen. 6 zeigt den verpressten Zustand, bei dem die Biegeabschnitte 44 deformiert und soweit überspannt sind, dass eine dauernde Anpresskraft auf die Vorbaugruppe aufgebracht wird.
Gemäß 7 werden im vorletzten Schritt 4 dann die Wellrippen 4 an den Heizstrang 2 bzw. an dessen Hüllrohr 8 angelegt, d.h. beim zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Luftheizers 101 beidseitig zwischen die Andrücklaschen 46 eingesetzt. Es ist ein (in der Darstellung kaum sichtbarer) Spalt vorhanden. Wichtig dabei die möglichst flächige Auflage der Wellrippen 4 auf dem Hüllrohr 8 um später eine gute wärmetechnische Ankoppelung zu erreichen.
Gemäß 8 erfolgt dann als Schritt 5 das Anlegen der Andrücklaschen 46 an die Wellrippen 4 mittels einer Presskraft F₁ , F₂ . Dieser Schritt kann durch eine lineare Kraftaufbringung mittels Pressstempel oder durch einen Anrollvorgang erfolgen.
Abweichend ist es auch möglich, die beiden Verpressschritte 3 und 5 gemeinsam durchzuführen. Dies ergäbe eine weitere deutliche Vereinfachung der Montage. Um ein Heizregister der ersten Variante nach 1 bis 3 zu schaffen, muss an jede Wellrippe 4 beidseitig (also oben und unten) ein Heizstrang 2 positioniert und angepresst werden. Alternativ könnten auch mehrere Luftheizer 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (vgl. 1 unten), zu einem Heizregister gemäß einer zweiten Variante gestapelt werden.
9 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das zuleitungsseitige Dichtelement 210 und 11 das weitere Dichtelement 212 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der jeweilige Dichtabschnitt 30 und der jeweilige Halteabschnitt 232 haben durchgehend einen gleichen Querschnitt, so dass die beiden Dichtelemente 210, 212 als Extrusionsteile hergestellt und einfach mit der benötigte Länge abgetrennt werden können.
9 zeigt die beiden Durchgangsausnehmungen 42, des zuleitungsseitigen Dichtelements 210, die zur Durchführung der beiden elektrischen Leitungen 6 des Heizers 201 aus 10 dienen.
10 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Heizers 201 mit den Dichtelementen 210, 212 aus den 9 und 11. Diese sind teilweise in den jeweiligen Endabschnitt des Hüllrohres 8 eingeschoben. Der eingeschobene Teil ist der (in 10 nicht zu erkennende) Dichtabschnitt und der herausragende Teil ist der jeweilige Halteabschnitt 232, mit dem der Heizer 201 im Rahmen 14 in der oben beschriebenen Weise gehalten werden kann.
Abweichend können die Dichtelemente 210, 212 auch komplett in den jeweiligen Endabschnitt des Hüllrohres 8 eingeschoben werden.
12 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht ein erfindungsgemäßes Heizregister, genauer gesagt eine Ecke des Rahmens 214 mit einer reibschlüssigen Verbindung der Rahmenteile 216, 220.
13 zeigt in einem perspektivischen Längsschnitt das Heizregister aus 12, in der die reibschlüssigen Verbindung 224 der Rahmenteile 216, 220 erkennbar ist. Sie hat an dem Rahmenteil 216, einen Vorsprung 224a, der von einem Dorn oder einer Zunge gebildet sein kann, und an dem Rahmenteil 220 eine Ausnehmung 224b. Gleiches gilt für die drei anderen Ecken des Rahmens 214. Durch ein geringes Übermaß des Vorsprungs 224a ergibt sich die reibschlüssige Verbindung 224.
Es können alle offenbarten Details mit einander kombiniert werden, auch wenn dies über die gezeigten Ausführungsbeispiele hinausgeht.
Offenbart sind ein elektrisch isolierter Heizer und ein Verfahren zu dessen Montage mit einem Heizstrang und einseitig oder zweiseitig angelegten Radiatoren, die als Wellrippen ausgestaltet sein können. Dabei sind an dem Hüllrohr Andrücklaschen zum Einspannen des Radiators oder der Radiatoren gebildet. Stirnseitig kann der Heizstrang zumindest einseitig - vorzugsweise zweiseitig mit Dichtelementen verschlossen sein, die Halteabschnitte aufweisen. Über den oder die Halteabschnitte kann der Fluidheizer in einem Rahmen eines übergeordneten Heizregisters oder in einem Fluidkanal gehalten werden können.
Bezugszeichenliste

1; 101; 201: Heizer / Luftheizer
2: Heizstrang
4: Radiator / Wellrippe
6: elektrische Leitung
8: Hüllrohr
10; 210: zuleitungsseitiges Dichtelement
12; 212: weiteres Dichtelement
14; 214: Rahmen
16; 216: Rahmenteil
18: Rahmenteil
20; 220: weiteres Rahmenteil
22: weiteres Rahmenteil
24: formschlüssige Verbindung / Schwalbenschwanzverbindung
26: Ausnehmung
28: Ausnehmung
30: Dichtabschnitt
32; 232: Halteabschnitt
32a: kleine Ausnehmung
32b: Hüllrohr-Anlagefläche
32c: Radiator-Anlagefläche
34; 234: Ausnehmung
35: Längsachse
36: PTC-Heizelement
38: Kontaktblech
40: Isolierhülle
42: Durchgangsausnehmung
44: Biegeabschnitte
46: Andrücklasche
224: reibschlüssige Verbindung
224a: Vorsprung
224b: Ausnehmung
F, F₁, F₂: Presskraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1327834 B1 [0003]
EP 1681906 A1 [0005]
DE 102013103433 A1 [0006, 0012]

Claims

Heizer mit einem länglichen Heizstrang (2), der ein Hüllrohr (8) aufweist, in dem PTC-Heizelemente (36) Wärme leitend und elektrisch isoliert aufgenommen sind, wobei an dem Hüllrohr (8) mindestens ein Radiator (4) Wärme leitend befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (8) mindestens eine Andrücklasche (46) aufweist, über die der mindestens eine Radiator (4) mit einer Haltekraft beaufschlagt ist.
Heizer nach Anspruch 1, wobei ein oder zwei Paare von zueinander parallelen Andrücklaschen (46) am Hüllrohr (8) gebildet sind.
Heizer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an zumindest einem der beiden Endabschnitte des Hüllrohres (8) ein Dichtelement (10 ,12; 210, 212) vorgesehen ist, das einen in den Endabschnitt des Hüllrohrs (8) eingesetzten Dichtabschnitt (30) und einen Halteabschnitt (32; 232) aufweist, über den der Heizer in einem zu erwärmenden Fluidstrom haltbar ist.
Heizer nach Anspruch 3, wobei das Hüllrohr (8) und das Dichtelement (10, 12; 210, 212) spiegelsymmetrisch sind.
Heizer nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Halteabschnitt (32) vier im rechten Winkel zueinander angeordnete äußere Anlageflächen oder im Wesentlichen die Form eines Quaders hat.
Heizer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Halteabschnitt (32) eine Hüllrohr-Anlagefläche (32b) hat, an der ein Rand oder eine Stirnseite des Hüllrohres (8) anliegt.
Heizer nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Halteabschnitt (32) mindestens eine Radiator-Anlagefläche (32c) hat, an der ein Endabschnitt des mindestens einen Radiators (4) anliegt.
Heizer nach den Ansprüchen 5 bis 7, wobei die Hüllrohr-Anlagefläche (32b) und die mindestens eine Radiator-Anlagefläche (32c) in einer Seitenfläche des Quaders liegen.
Heizregister mit einem Heizer (101; 201) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen Heizstrang (2) und zwei Radiatoren (4) aufweist, und mit mehreren weiteren Heizern (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die jeweils einen Heizstrang (2) und einen Radiator (4) aufweisen.
Heizregister mit mehreren Heizern (101; 201) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, die jeweils einen Heizstrang (2) und zwei Radiatoren (4) aufweisen.
Heizregister nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Heizer (1; 101; 201) in einem Rahmen (14; 214) gehalten sind, der Ausnehmungen (34; 234) aufweist, in die jeweils ein Halteabschnitt (32; 232) eingesetzt ist.
Heizregister nach Anspruch 11, wobei jeder Heizer (1; 101; 201) zwei Dichtelemente (10, 12; 210, 212) hat, deren beide Halteabschnitte (32; 232) in einander etwa gegenüber liegende Ausnehmungen (34; 234) eines ersten und eines zweiten Rahmenteils (16, 18; 216) des Rahmens (14) eingesetzt sind.
Heizregister nach den Anspruch 12, wobei die beiden Halteabschnitte (32; 232) jedes Heizers (1; 101; 201) in einander etwa gegenüber liegende Ausnehmungen (34; 234) derart eingesetzt sind, dass die Heizer (1; 101; 201) entlang ihrer jeweiligen Längsachse (35) Spiel aufweisen.
Heizregister nach einem der Anspruch 12 oder 13, wobei die Rahmenteile (16, 18, 20, 22; 216, 220) an ihren Endabschnitten über formschlüssige, reibschlüssige oder stoffschlüssige Verbindungen (24; 224) miteinander verbunden sind.
Heizregister nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei an Außenseiten des Rahmens (14; 214) Ausnehmungen (26, 28) für Befestigungsmittel ausgebildet sind, über die das Heizregister in dem zu erwärmenden Fluidstrom oder in dem Fluidkanal befestigbar ist, und/oder über die eine weitere Vorrichtung am Rahmen (14; 214) befestigbar ist.
Verfahren zur Herstellung eines Heizers (1; 101; 201) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, mit den Schritten: - Anlegen des mindestens einen Radiators (4) an das Hüllrohr (8); und - Befestigen des Radiators (4) durch Umbiegen der mindestens einen Andrücklasche (46).
Verfahren zur Herstellung eines Heizers (1; 101) nach Anspruch 16, wobei das Umbiegen der mindestens einen Andrücklasche (46) über ihre Länge gleichzeitig oder sukzessive erfolgt.