DE102017121039A1 - Luftheizgerät - Google Patents

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Volodymyr Ilchenko
Uwe Strecker
Bengt Meier
Nikolaus Gerhardt
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Luftheizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Heizelement (9a) und mindestens ein zweites Heizelement (9b), wobei die Heizelemente (9a, 9b) jeweils eine erste leitfähige Schicht, insbesondere eine erste Metallschicht (10a, 10b), eine zweite leitfähige Schicht, insbesondere eine zweite Metallschicht (11a, 11b), und eine Polymerschicht (12a, 12b), wobei die Polymerschicht (12a, 12b) eine Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält, umfassen, wobei zwischen den Heizelementen (9a, 9b) ein Zwischenraum (16a) ausgebildet ist, durch den Luft zu ihrer Aufheizung strömbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Luftheizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
  • Elektrische Luftheizgeräte (insbesondere solche, die in mobilen Anwendungen eingesetzt werden) basieren zumeist auf keramischen Heiz-Elementen mit einem vergleichsweise stark temperaturabhängigen elektrischen Widerstand, durch den eine Selbstregelung der Wärmeabgabe ermöglicht wird. Bei diesen Widerständen handelt es sich üblicherweise um PTC-Elemente (PTC für Positive Temperature Coefficient). Diese sind in der Regel mit Wärmeübertrager-Flächen aus Aluminiumblech verbunden und werden darüber auch elektrisch kontaktiert. Ein PTC-Element umfasst einen PTC-Widerstand, also einen temperaturabhängigen Widerstand mit einen positiven Temperaturkoeffizienten, der bei tiefen Temperaturen den elektrischen Strom besser leitet als bei hohen Temperaturen.
  • Nachteile von herkömmlichen Luftheizgeräten mit Keramik-PTC-Elementen sind u.a. eine aufwändige Herstellung durch eine vergleichsweise komplizierte Wärmeübertrager-Fertigung und der Einbau der Keramik-Elemente, eine üblicherweise notwendige Sortierung der Keramik-Elemente aufgrund von Fertigungstoleranzen, eine vergleichsweise ungünstige Leistungsdichte in einem Heizelement-Wärmeübertrager-Verbund durch eine lokale Wärmeerzeugung, eine vergleichsweise starke Einschränkung einer maximalen Heizleistung durch eine Dicke des PTC-Materials (aufgrund einer begrenzten Wärmeabfuhr aus der Keramik) sowie eine vergleichsweise hohe Kurzschlussgefahr, insbesondere aufgrund eines geringen geometrischen Abstands von Bauteilen mit einem hohen Spannungspotential.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Luftheizgerät vorzuschlagen, das eine effektive Aufheizung der Luft ermöglicht. Insbesondere soll bei einem vergleichsweise geringen Bauraum eine hohe Leistungsdichte ermöglicht werden.
  • Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein elektrisches Luftheizgerät nach Anspruch 1 gelöst.
  • Insbesondere wird die Aufgabe durch ein elektrisches Luftheizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Heizelement und mindestens ein zweites Heizelement, wobei die Heizelemente jeweils eine erste leitfähige Schicht, insbesondere eine erste Metallschicht, eine zweite leitfähige Schicht, insbesondere eine zweite Metallschicht und eine Polymerschicht, wobei die Polymerschicht eine Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält, umfassen, wobei zwischen den Heizelementen ein Zwischenraum ausgebildet ist, durch den Luft zu ihrer Aufheizung strömbar ist.
  • Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, Heizelemente bereitzustellen, die jeweils zwei leitfähige Schichten (Metallschichten) und eine zwischen den leitfähigen Schichten (Metallschichten) angeordnete Polymerschicht mit einer Polymerkomponente und einer leitfähigen Kohlenstoffkomponente, vorzuschlagen, wobei die Heizelemente zwischen sich (mindestens) einen Zwischenraum (Luftströmungskanal) ausbilden, so dass durch diesen Zwischenraum (Luftströmungskanal bzw. Abschnitt eines solchen Luftströmungskanals) Luft zu ihrer Aufheizung strömen kann.
  • Erfindungsgemäß kann eine vergleichsweise große Kontaktierungsfläche zwischen den leitfähigen Schichten (Zuleitungen, vorzugsweise Metallplatten) und der Polymerschicht (Heizleiter-Schicht) erreicht werden, was eine vergleichsweise große Leistungsdichte (im Vergleich zu herkömmlichen Konzepten, wie Heizbändern, bei denen eine Kontaktierung zumeist über in die Heizleiterschicht eingebrachte zwei Litzenkabel erreicht wird) ermöglicht. Insgesamt wird eine hohe Leistungsdichte für einen vorhandenen Bauraum durch eine vergleichsweise hohe Kontaktierungsfläche zwischen den leitfähige Schichten und der Polymerschicht erreicht. Dabei kann eine vergleichbare Sicherheit, wie bei herkömmlichen PTC-Heizern, durch eine selbstregelnde Polymerschicht (Heizschicht) erreicht werden. Insgesamt kann ein robustes Design erreicht werden, das vergleichsweise einfach in der Herstellung ist.
  • Weiterhin können die leitfähigen Schichten (insbesondere Metallschichten, vorzugsweise Metallplatten) gleichzeitig als Wärmeübertrager-Fläche zur Aufheizung der vorbeiströmenden Luft genutzt werden. Optional kann diese Oberfläche noch durch Unebenheiten, insbesondere Vorsprünge, wie Rippen und/oder Finnen auf der leitfähigen Schicht (Metallschicht, insbesondere Metallplatte) vergrößert werden. Zum Schutz vor einer mechanischen Beschädigung, Feuchtigkeit und/oder Kurzschlüssen kann eine Lackierung und/oder Versiegelung des einzelnen Heizelementes oder zumindest von (freiliegenden) Bereichen der Heizschicht(en) oder des gesamten Bauteils ermöglicht sein. Zusammenfassend kann eine hohe Leistungsdichte (bei einem gegebenen Bauraum) durch eine hohe Kontaktierungsfläche zwischen Leitungselementen (der leitfähigen Schicht) und der Polymerschicht (Heizleiterschicht) realisiert werden. Hier kann eine vergleichbare Sicherheit, wie bei herkömmlichen PTC-Heizern mit keramischen Heizelementen durch eine ebenfalls selbstregelnde Heizschicht erzielt werden. Dabei sind die Fertigungskosten durch die Möglichkeit der Verwendung von kostengünstigen Materialien und der Möglichkeit von einfachen Herstellungsprozessen, vergleichsweise gering.
  • Heizelemente mit einem teilweise ähnlichen Schichtaufbau sind auch in WO 2014/188190 A1 beschrieben worden, allerdings für einen Flächenheizer und nicht für einen Luftheizer, in dem die Heizelemente zwischen sich einen oder mehrere Luftkanälen (zur Aufheizung derselben) ausbilden. Luftheizer unterscheiden sich jedoch, insbesondere aufgrund der dort vorgesehenen Vielzahl von Luftkanälen, konzeptionell deutlich von Flächenheizern.
  • Erstes und/oder zweites Heizelement kann/können sich (zumindest im Wesentlichen) entlang einer Luftströmungsrichtung erstrecken. Bei dieser Alternative können vorzugsweise Heizelemente eingesetzt werden, die eine vergleichsweise große Breite aufweisen (z.B. eine Breite von mindestens 0,1-mal oder mindestens 0,2-mal einer Länge). Unter der Breite ist insbesondere eine (durchschnittliche) Ausdehnung des jeweiligen Heizelementes zu verstehen, die senkrecht auf eine maximale Ausdehnung (Länge) ist und zwar insbesondere in Projektion auf eine Ebene, die durch eine Verbindungsfläche zwischen erster leitfähigen Schicht und Polymerschicht definiert ist. Alternativ kann/können sich erstes und/oder zweites Heizelement in einem Winkel gegenüber der Luftströmungsrichtung (beispielsweise in einem Winkel kleiner oder gleich 90° und größer 0°, insbesondere größer 10°) erstecken. Bei einer Erstreckung in einem Winkel (größer 0°) gegenüber der Luftströmungsrichtung können vorzugsweise vergleichsweise schmale Heizelemente verwendet werden (also Heizelemente, deren Breite vergleichsweise gering ist gegenüber ihrer Länge, beispielsweise kleiner als 0,2-mal oder kleiner als 0,1-mal).
  • Die Breite des jeweiligen Heizelementes kann sich in Strömungsrichtung erstrecken. Zumindest eines der Heizelemente (vorzugsweise mehrere oder alle der Heizelemente) ist (sind) vorzugsweise in Strömungsrichtung kürzer als in einer Richtung senkrecht dazu, z.B. um 50 % kürzer.
  • Ein Grundriss des jeweiligen Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann vieleckig, insbesondere viereckig, vorzugsweise rechteckig oder oval, insbesondere elliptisch, vorzugsweise (kreis-) rund sein.
  • Mindestens ein Zwischenraum (ggf. mehrere oder alle Zwischenräume) kann (können) durch (genau) zwei oder mehr Heizelemente begrenzt werden.
  • Die Polymerschicht ist vorzugsweise eine leitfähige Schicht mit PTC-Verhalten. Ein Querschnitt des Zwischenraumes (Luftkanals) kann vieleckig, insbesondere viereckig, vorzugsweise rechteckig oder oval, insbesondere elliptisch, vorzugsweise (kreis-) rund sein. Ein Querschnitt innerhalb eines Zwischenraumes (Luftkanals) kann variieren oder konstant sein (über dessen Länge). Auch Querschnitte verschiedener Zwischenräume bzw. Luftkanäle (also Zwischenräume bzw. Luftkanäle, die nicht durch dasselbe Paar oder dieselbe Gruppe von Heizelementen ausgebildet werden) können voneinander abweichen oder gleich sein. Beispielsweise können Querschnitte der Zwischenräume bzw. Luftkanäle schlitzförmig (insbesondere als Rechteck-Schlitze) ausgebildet sein. Die jeweilige Polymerschicht (zumindest eines der Heizelemente, vorzugsweise mehrerer oder aller der Heizelemente) kann (zumindest im Durchschnitt) dicker als die erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) (beispielsweise mindestens 1,1-mal, vorzugsweise mindestens 1,5-mal so dick wie erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht). Alternativ können die jeweilige erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) dicker sein als die Polymerschicht. Erste und zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) können (zumindest im Durchschnitt) gleich dick sein.
  • Gegebenenfalls kann auch die erste leitfähige Schicht (Metallschicht) zumindest eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) dicker sein als die jeweilige zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) (oder umgekehrt), beispielsweise 1,0-mal bis 2,0-mal so dick. Eine maximale Ausdehnung von erster und/oder zweiter leitfähiger Schicht (Metallschicht) und/oder Polymerschicht zumindest eines Heizelementes, vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente (vorzugsweise definiert durch den maximal-möglichen Abstand eines Punktepaares auf/in der jeweiligen Schicht) ist vorzugsweise mindestens 5-mal, weiter vorzugsweise mindestens 10-mal so groß, wie eine (durchschnittliche) Dicke der jeweiligen Schicht. Die jeweilige erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) zumindest eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann/können als leitfähige Platte (Metallplatte) ausgebildet sein.
  • Bei der jeweiligen ersten und/oder zweiten leitfähigen Schicht zumindest eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann es sich um (eine) durchgehende Schicht handeln. Alternativ kann/können die erste und/oder zweite leitfähige Schicht unterbrochen sein, z.B. mehrere (Blech-)Bänder zur Kontaktierung der Polymerschicht aufweisen. Eine weitere Alternative zur elektrischen Kontaktierung (in Form der leitfähigen Schicht) ist der Einsatz mindestens eines Drahtes oder schmalen Streifens oder eines Drahtgitters oder ähnliches als leitfähige Schicht oder Bestandteil derselben.
  • Der Begriff „leitfähig“ hinsichtlich der leitfähigen Kohlenstoffkomponente und der leitfähigen Schicht soll als Abkürzung für „elektrisch leitfähig“ verstanden werden.
  • Unter einem elektrisch isolierenden Material ist insbesondere ein Material zu verstehen, das bei (bei Raumtemperatur von insbesondere 25 °C) eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10-1 S · m-1 (ggf. weniger als 10-8 S · m-1) aufweist.
  • Entsprechend ist unter einem elektrischen Leiter bzw. einem Material (oder Beschichtung) mit elektrischer Leitfähigkeit ein Material zu verstehen, das eine elektrische Leitfähigkeit von vorzugsweise mindestens 10 S · m-1, weiter vorzugsweise mindestens 103 S · m-1 (bei Raumtemperatur von insbesondere 25 °C) beträgt.
  • Die (jeweilige) erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann/können eine Dicke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,5 mm, weiter vorzugsweise mindestens 1,0 mm und/oder höchstens 5,0 mm, weiter vorzugsweise höchstens 3,0 mm aufweisen. Bei der jeweiligen Dicke handelt es sich insbesondere um eine durchschnittliche Dicke oder eine Dicke des größten Bereichs der jeweiligen Schicht mit konstanter Dicke.
  • Die (jeweilige) Polymerschicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann eine Dicke aufweisen, die größer ist als die (durchschnittliche) Dicke der ersten und/oder zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht), insbesondere um den Faktor 1,1-mal, vorzugsweise 1,5-mal so groß.
  • Eine Dicke der jeweiligen Polymerschicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm und/oder höchstens 20 mm, vorzugsweise höchstens 10 mm betragen.
  • Die (jeweilige) erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) und/oder Polymerschicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann/können (zumindest im Wesentlichen) plan ausgebildet sein. Falls Erhebungen (Vertiefungen) vorgesehen sind können diese weniger als 10 % einer (durchschnittlichen) Dicke der jeweiligen Schicht betragen.
  • Eine Summe der Querschnitte der Zwischenräume (bzw. des einen Zwischenraumes) zwischen den Heizelementen kann mindestens 2-mal, vorzugsweise mindestens 4-mal so groß sein wie eine Summe der Querschnitte der Heizelemente (insbesondere quer Luftströmungsrichtung betrachtet bzw. quer zur Breitenrichtung).
  • Die (jeweilige) erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sein.
  • Die (jeweilige) Kohlenstoffkomponente mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann so angeordnet sein, dass sie einen Stromfluss erlaubt, z.B. in Partikelform (wobei sich die Partikel entsprechend berühren oder nahe beieinanderliegen) und/oder als Kohlenstoffgerüst.
  • Polymerkomponente und Kohlenstoffkomponente mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) sind vorzugsweise miteinander vermengt bzw. ineinander verflochten. Beispielsweise kann die Polymerkomponente ein (skelettartiges) Gerüst ausbilden, in dem die Kohlenstoffkomponente aufgenommen ist oder umgekehrt.
  • Vorzugsweise umfasst die (jeweilige) Polymerschicht mindestens 5 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 10 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 15 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% und/oder weniger als 50 % aus Kohlenstoff (ggf. ohne Berücksichtigung eines Kohlenstoffanteils des Polymers als solchen) bzw. aus der Kohlenstoffkomponente, wie z.B. den Kohlenstoffpartikeln.
  • Vorzugsweise umfasst die (jeweilige) Kohlenstoffkomponente mindestens 70 Gew.-% Kohlenstoff.
  • Die Kohlenstoffkomponente mindestens eines Heizelementes (insbesondere mehrerer oder aller Heizelemente) kann in Form von Ruß und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren vorliegen.
  • Vorzugsweise umfasst die Kohlenstoffkomponente mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) mindestens 50 Gew.-%, weiter vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% aus Kohlenstoff.
  • Die Polymerkomponente mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) ist insbesondere in Form einer elektrisch isolierenden Polymerkomponente ausgebildet.
  • In Ausführungsformen kann die Polymerkomponente mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) eine erste Polymer-Teilkomponente auf Basis von Ethylenacetat (-Copolymer) und/oder Ethylenacrylat (-Copolymer) aufweisen und/oder eine zweite Polymer-Teilkomponente auf Basis von Polyolefin, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, und/oder Polyester und/oder Polyamid und/oder Fluorpolymer umfassen. Der Begriff „Teilkomponente“ soll hier insbesondere zur Unterscheidung zwischen erster und zweiter Polymer-Teilkomponente verwendet werden. Die jeweilige Teilkomponente kann entweder teilweise oder auch vollständig die Polymerkomponente ausbilden. Bei dem Ethylenacrylat kann es sich um Ethyl-Methyl-Acrylat oder Ethylen-Ethyl-Acrylat handeln. Bei dem Ethylenacetat kann es sich um Ethylenvinylacetat handeln. Bei dem Polyethylen kann es sich um HD (High Density)-Polyethylen, MD (Medium Density)-Polyethylen, LD (Low Density)-Polyethylen, handeln. Bei dem Fluorpolymer kann es sich um PFA (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorpropyl-Vinylester) MFA (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorvinylester), FEP (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen), ETFE (Copolymer aus Ethylen und Tetrafluorethylen) oder PVDF (Polyvinyliden-Fluorid) handeln.
  • In Ausführungsformen kann die erste Polymer-Teilkomponente mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente), wie in WO 2014/188190 A1 (als first electrically insulating material) beschrieben, ausgebildet sein. Die zweite Polymer-Teilkomponente kann ebenfalls, wie in WO 2014/188190 A1 (als second electrically insulating material) beschreiben, ausgebildet sein.
  • Die (jeweilige) Polymerschicht und/oder eine entsprechender auszuformender Stoff (z. B. Paste) zu deren Herstellung kann/können (als insbesondere kristallines Bindemittel) mindestens ein Polymer umfassen, vorzugsweise basierend auf mindestens einem Olefin; und/oder mindestens einem Copolymer von mindestens einem Olefin und mindestens einem Monomer, das damit copolymerisiert werden kann, z.B. Ethylen/Acrylsäure und/oder Ethylen/Ethylacrylat und/oder Ethylen/Vinylacetat; und/oder mindestens einem Polyalkenamer (Polyacetylen bzw. Polyalkenylen), wie z. B. Polyoctenamer; und/oder mindestens einem, insbesondere schmelzverformbaren, Fluorpolymer, wie z. B. Polyvinylidenfluorid und/oder Copolymere davon.
  • Im Allgemeinen kann/können die (jeweilige) Polymerschicht bzw. ein zur Herstellung der Polymerschicht verwendeter Stoff (Paste), wie in DE 689 23 455 T2 beschrieben, ausgebildet sein. Dies gilt insbesondere auch für deren Herstellung und/oder konkrete Zusammensetzung. Beispielsweise gilt dies auch für mögliche Bindemittel (insbesondere gemäß S. 4, 2. Absatz und S. 5, 1. Absatz der DE 689 23 455 T2 ) und/oder Lösungsmittel (insbesondere gemäß S. 5, 2. Absatz und S. 6 2. Absatz der DE 689 23 455 T2 ).
  • Erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) und/oder die Polymerschicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) können grundsätzlich, wie in WO 2014/188190 A1 (als first conductor, second conductur und heating element) beschrieben, ausgebildet sein (abgesehen von den erfindungsgemäßen Luftkanälen).
  • Die Polymerschicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) ist vorzugsweise über zumindest 20 %, vorzugsweise zumindest 50 %, weiter vorzugsweise zumindest 80 % ihrer der ersten leitfähigen Schicht (Metallschicht) zugewandten Seite (ohne Berücksichtigung von Fluidkanalöffnungen) mit der ersten leitfähigen Schicht (Metallschicht) in Kontakt. Alternativ oder zusätzlich kann die Polymerschicht über zumindest 20 %, vorzugsweise zumindest 50 %, weiter vorzugsweise zumindest 80 % ihrer der zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht) zugewandten Seite (ohne Berücksichtigung von Fluidkanalöffnungen) mit der zweiten leitfähigen Schicht (Metallschicht) in Kontakt sein. Durch eine derartige (vergleichsweise große) Kontaktierungsfläche zwischen den leitfähigen Schichten (Metallschichten) (Metallplatten) und der Heizleiter-Schicht (Polymerschicht) kann eine vergleichsweise hohe Leistungsdichte erzielt werden.
  • Bei der Polymerschicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) handelt es sich vorzugsweise um einen PTC-Widerstand. Dadurch kann eine Selbstregelung der Wärmeabgabe ermöglicht werden, was die Steuerung vereinfacht und insbesondere die Sicherheit beim Betrieb erhöht.
  • Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Luftheizgerätes, insbesondere der obigen Art, wobei mindestens ein erstes und ein zweites Heizelement bereitgestellt oder hergestellt werden, wobei die Heizelemente jeweils eine erste leitfähige Schicht, insbesondere eine erste Metallschicht, eine zweite leitfähige Schicht, insbesondere eine zweite Metallschicht, eine Polymerschicht, wobei die Polymerschicht eine Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält, umfassen, wobei die Heizelemente so angeordnet werden, dass sie zwischen sich einen Zwischenraum ausbilden, durch den Luft zu ihrer Aufheizung strömen kann. Vorzugsweise wird die Polymerschicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) in passender Form auf die erste und/oder zweite leitfähige Schicht (Metallschicht) aufgebracht, insbesondere unmittelbar aufgebracht (alternativ über eine Zwischenschicht zwischen Polymerschicht und erster bzw. zweiter leitfähiger Schicht, insbesondere Metallschicht).
  • In Ausführungsformen können mindestens drei, vorzugsweise mindestens fünf Heizelemente mit entsprechenden (z.B. mindestens vier) Zwischenräumen vorgesehen sein.
  • Ein Durchmesser des Zwischenraumes zwischen dem ersten und dem zweiten Heizelement kann größer sein als eine Dicke des ersten und/oder zweiten Heizelementes.
  • Auf der jeweiligen leitfähigen Schicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann mindestens ein Vorsprung, vorzugsweise mindestens eine Rippe und/oder mindestens eine Finne, vorgesehen sein (zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche).
  • Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Luftheizgerätes der obigen Art, wobei Luft durch den mindestens einen Zwischenraum strömt und dabei aufgeheizt wird.
  • Die obige Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Verwendung eines Luftheizgerätes der oben beschriebenen Art zum Aufheizen von Luft, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen Kraftfahrzeuginnenraum.
  • Das Luftheizgerät ist vorzugsweise für einen Betrieb im Niedervoltbereich (z.B. ≤ 100 Volt oder ≤ 50 Volt) ausgelegt.
  • Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
    • 1 eine schematische Frontalansicht eines elektrischen Luftheizgerätes gemäß der Erfindung;
    • 2 eine schematische Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 1 in Schnittdarstellung; und
    • 3 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Luftheizgerätes in einer Schnittdarstellung analog 2.
  • In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
  • 1 zeigt eine Frontalansicht eines erfindungsgemäßen Luftheizgerätes. Dieses umfasst mehrere (konkret sechs, was jedoch nicht zwingend ist) Heizelemente 9a-9f. Jedes der Heizelemente 9a weist eine erste leitfähige Schicht 10a-10f, eine zweite leitfähige Schicht 11a-11f sowie eine Polymerschicht 12a-12f auf. Die jeweilige erste und zweite leitfähige Schicht ist mit elektrischen Kontakten 15a, 15b verbunden. Zwischen den Heizelementen 9a-9f sind Zwischenräume (Fluidkanäle) 16a-16e ausgebildet. Durch diese Zwischenräume 16a-16e strömt die Luft zu ihrer Aufheizung (in 1 in die Papierebene hinein oder aus der Papierebene heraus). Ein weiterer Zwischenraum 16f kann ggf. außerhalb eines (randseitigen) Heizelementes (in diesem Fall Heizelement 9f) vorgesehen sein.
  • In der Schnittdarstellung gemäß 2 ist insbesondere noch der Luftstrom durch einen Pfeil 14 angegeben.
  • Bei der jeweiligen leitfähigen Schicht handelt es sich insbesondere um eine Metallschicht (vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung). Bei der jeweiligen Polymerschicht handelt es sich um eine Schicht auf Basis von Polymer mit einem Kohlenstoffanteil. Die Polymerschicht weist ein PTC-Verhalten auf.
  • Die alternative Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 dadurch, dass sich die Heizelemente hier nicht entlang der Luftströmungsrichtung erstrecken (siehe 2), sondern senkrecht dazu, so dass in der Darstellung gemäß 3 nur ein Heizelement 9a erkennbar ist, da die übrigen Heizelemente durch dieses Heizelement verdeckt werden. Auch hier können beispielsweise wieder sechs Heizelemente vorliegen. Die Zwischenräume sind ebenfalls durch das Heizelement 9a verdeckt.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
  • Bezugszeichenliste
    • 9a-9f
    Heizelement
    10a-10f
    Erste leitfähige Schicht (Metallschicht)
    11a-11f
    Zweite leitfähige Schicht (Metallschicht)
    12a-12f
    Polymerschicht
    14
    Pfeil
    15a, 15b
    Kontakt
    16a-16f
    Zwischenraum (Fluidkanal)
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2014/188190 A1 [0010, 0035, 0038]
    • DE 68923455 T2 [0037]

Claims (14)

  1. Elektrisches Luftheizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Heizelement (9a) und mindestens ein zweites Heizelement (9b), wobei die Heizelemente (9a, 9b) jeweils eine erste leitfähige Schicht, insbesondere eine erste Metallschicht (10a, 10b), eine zweite leitfähige Schicht, insbesondere eine zweite Metallschicht (11a, 11b), und eine Polymerschicht (12a, 12b), wobei die Polymerschicht (12a, 12b) eine Polymerkomponente und eine leitfähige Kohlenstoffkomponente enthält, umfassen, wobei zwischen den Heizelementen (9a, 9b) ein Zwischenraum (16a) ausgebildet ist, durch den Luft zu ihrer Aufheizung strömbar ist.
  2. Luftheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, sich erstes (9a) und/oder zweites (9b) Heizelement zumindest im Wesentlichen entlang einer Luftströmungsrichtung erstrecken und/oder sich in einem Winkel gegenüber der Luftströmungsrichtung erstrecken, z. B in einem Winkel kleiner oder gleich 90° und größer 0°, insbesondere größer 10°.
  3. Luftheizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige erste (10a, 10b) und/oder zweite (11a, 11b) leitfähige Schicht als Platte, insbesondere Metallplatte, ausgebildet ist und/oder eine Dicke von mindestens 0,1 mm, vorzugsweise mindestens 0,5 mm, weiter vorzugsweise mindestens 1,0 mm und/oder höchstens 5,0 mm, vorzugsweise höchstens 3,0 mm aufweist.
  4. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige erste (10a, 10b) und/oder zweite (11a, 11b) leitfähige Schicht und/oder die Polymerschicht (12a, 12b) zumindest im Wesentlichen plan ausgebildet sind.
  5. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei (9a-9c), vorzugsweise mindestens fünf (9a-9e) Heizelemente mit entsprechenden Zwischenräumen (16a-16d) vorgesehen sind.
  6. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchmesser des Zwischenraumes (16a) zwischen dem ersten (9a) und dem zweiten (9b) Heizelement größer ist als eine Dicke des ersten und/oder zweiten Heizelementes.
  7. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der jeweiligen leitfähigen Schicht, mindestens ein Vorsprung, vorzugsweise mindestens eine Rippe und/oder mindestens eine Finne, vorgesehen ist, zur Vergrößerung der Wärmeübertragerfläche.
  8. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffkomponente in Partikelform und/oder als Kohlenstoffgerüst vorliegt.
  9. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffkomponente in Form von Ruß und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren vorliegt.
  10. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerkomponente in Form einer elektrisch isolierenden Polymerkomponente ausgebildet ist und/oder eine erste Polymer-Teilkomponente auf Basis von Ethylenacetat oder Ethylenacetat-Copolymer und/oder Ethylenacrylat oder Ethylenacrylat-Copolymer und/oder eine zweite Polymer-Teilkomponente auf Basis von Polyolefin, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, und/oder Polyester und/oder Polyamid und/oder Fluorpolymer umfasst.
  11. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht (12a, 12b) über mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 50 %, weiter vorzugsweise mindestens 80 % ihrer der ersten leitfähigen Schicht zugewandten Seite mit der ersten leitfähigen Schicht in Kontakt ist und/oder über mindestens 20 %, vorzugsweise mindestens 50 %, weiter vorzugsweise mindestens 80 % ihrer der zweiten leitfähigen Schicht zugewandten Seite mit der zweiten leitfähigen Schicht in Kontakt ist.
  12. Luftheizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschicht (12a, 12b) ein PTC-Widerstand ist.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Luftheizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei Luft durch den mindestens einen Zwischenraum strömt und dabei aufgeheizt wird.
  14. Verwendung eines Luftheizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Aufheizen von Luft, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen Kraftfahrzeuginnenraum.
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