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Eine Tankheizung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Tankheizung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus der
DE 10 2014 212 544 A1 bekannt.
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Tankheizungen zum Erwärmen von Flüssigkeiten in Kraftfahrzeugen, beispielsweise von Harnstofflösung oder Wasser, haben ein Metallgehäuse, in dem ein PTC-Heizer mit einem PTC-Heizwiderstand und einem Kontaktelement angeordnet ist, und einen Kunststoffmantel, der das Metallgehäuse vor Kontakt mit Flüssigkeit schützt. Für das Metallgehäuse können Strangpressprofile, wie etwa bei der aus
DE 11 2006 001 103 B4 bekannten Tankheizung, oder Gussteile, wie etwa bei der aus
DE 10 2014 212 544 A1 bekannten Tankheizung, verwendet werden.
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Strangpressprofile ermöglichen mit einfachen Mittel eine sehr gute Wärmeankopplung des PTC-Heizwiderstands an das Metallgehäuse, indem das Strangpressprofil nach dem Einbringen des PTC-Heizers verpresst wird. Allerdings sind die möglichen Formen des Metallgehäuses begrenzt, weshalb zunehmend Gussteile für Metallgehäuse von Tankheizungen verwendet werden. Gussteile ermöglichen auch den Einsatz von kostengünstigeren Legierungen, erschweren aber eine gute thermische Ankopplung des PTC-Heizers an das Metallgehäuse, insbesondere da sich mit kostengünstigen Legierungen keine Kanäle oder Taschen herstellen lassen, die PTC-Heizer aufnehmen und dann verpresst werden können.
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Bei der aus der
DE 10 2014 212 544 A1 bekannten Tankheizung wird deshalb ein Stahlfederblech verwendet, das an Halterippen des Gehäuseteiles festgelegt ist, wobei die Halterippen nach dem Festlegen gestaucht werden, um den PTC-Heizer mit ausreichendem Druck gegen eine Wärmeübertragungsfläche eines Gehäuseteils zu drücken und so einen ausreichenden Wärmekontakt zwischen PTC-Heizer und Metallgehäuse herzustellen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie bei einer Tankheizung, deren Metallgehäuse ein Gussteil ist, die Wärmeankopplung des PTC-Heizers verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Tankheizung gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird bei der Herstellung der Tankheizung das Gussteil, bevor es mit dem PTC-Heizer verbunden wird, bearbeitet, indem die Wärmeübertragungsfläche des Gehäuseteils, über die von dem PTC-Heizwiderstand erzeugte Wärme auf das Gehäuseteil übergeht, eingeebnet wird. Bevorzugt wird das Gehäuseteil durch plastische Verformung eingeebnet, beispielsweise durch Anpressen eines Stempels mittels eines Rollwerkzeugs. Das Gehäuseteil der Tankheizung hat also bevorzugt eine durch plastische Verformung eingeebnete Wärmeübertragungsfläche. Eine weitere Möglichkeit ist das Einebnen über eine spanende Bearbeitung wie z.B. Fräsen oder Schleifen.
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Das Gussteil kann beispielsweise durch Druckguss hergestellt werden, etwa aus einer Legierung auf Basis von Aluminium. Die Oberflächen eines Gussteils sind in der Regel nicht so plan bzw. glatt wie bei einem Strangpressprofil. Durch eine Bearbeitung des Gussteils lässt sich deshalb ein verbesserter Wärmekontakt zwischen PTC-Heizer und Gehäuseteil erreichen. Das erfindungsgemäß bevorzugte Einebnen der Wärmekontaktfläche durch Anpressen eines Stempels lässt sich mit geringem Aufwand durchführen, gegebenenfalls kann der auf die Wärmekontaktfläche einwirkende Stempel durch einen passend zu der gegenüberliegenden Oberfläche des Gehäuseteils geformten Unterstempel ergänzt werden.
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Der PTC-Heizer kann ein oder mehrere PTC-Heizelemente und ein oder mehrere Kontaktelemente enthalten. Im einfachsten Fall wird das Metallgehäuse zur elektrischen Kontaktierung des PTC-Heizelements oder der PTC-Heizelemente verwendet, so dass ein einziges Kontaktelement, z. B. ein Kontaktblech, ausreicht. Wenn das Metallgehäuse von dem oder den PTC-Heizelementen elektrisch isoliert ist, werden zwei Kontaktelemente benötigt. PTC-Heizelement(e) und Kontaktelement(e) können von einem Kunststoffrahmen gehalten werden, der auch einen Isolator tragen kann, die das oder eines der Kontaktelemente von dem metallischen Gehäuseteil elektrisch isoliert. Der Isolator kann beispielsweise ein Keramikplättchen, etwa aus Aluminiumoxid, oder eine Kunststofffolie sein. Möglich ist aber auch, zwei elektrisch voneinander isolierte Gehäuseteile zur elektrischen Kontaktierung des PTC-Heizelements oder der PTC-Heizelemente zu verwenden.
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Um die Wärmeankopplung weiter zu verbessern, kann vor dem Ummanteln an dem Gehäuseteil ein Federelement befestigt werden, das eine Federkraft erzeugt, die den PTC-Heizer gegen die Wärmeübertragungsfläche drückt. Das Federelement ist bevorzugt aus einer Legierung auf Basis von Aluminium. Aluminiumlegierungen haben einen guten Wärmeleitwert, so dass dann vorteilhaft auch über das Federelement von dem PTC-Heizer erzeugte Wärme abgeführt werden kann.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor dass, das Federelement mit dem Gehäuseteil verrastet oder verstemmt ist. Beispielsweise kann das Federelement an dem Gehäuseteil befestigt werden, indem es auf das Gehäuseteil aufgeklipst wird. Vorteilhaft lässt sich so eine einfache Fertigung realisieren.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Gehäuseteil auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmeübertragungsfläche Wände aufweist, die einen Hinterschnitt aufweisen, mit dem das Federelement verhakt ist. Das Federelement kann beispielsweise zwei Leisten mit Rasthaken aufweisen, zwischen denen sich eine federnde Deckelfläche erstreckt. Das Federelement kann auf diese Weise also einen Teil des Gehäuses bilden und einen einfachen Zusammenbau des Gehäuses ermöglichen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement ein Strangpressprofil ist. Auf diese Weise ist eine kostengünstige Fertigung möglich. Vorteilhaft lässt sich ein Strangpressprofil vor der Montage auch gut verrunden, sodass beim Umspritzen mit Kunststoff keine scharfen Kanten mehr vorhanden sind.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile werden an Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer Tankheizung;
- 2 die Tankheizung von 1 ohne Kunststoffmantel und Federelement;
- 3 das Federelement der in 1 gezeigten Tankheizung;
- 4 einen perspektivischen Längsschnitt entlang der Linie A - A durch das Gussteil der in 1 gezeigten Tankheizung;
- 5 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Tankheizung;
- 6 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Tankheizung;
- 7 ein Ausführungsbeispiel eines Gehäuseteils zum Verstemmen mit einem Federelement; und
- 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Tankheizung ohne den Kunststoffmantel.
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Die in 1 in einer Schnittansicht dargestellte Tankheizung enthält einen PTC-Heizer, der zumindest einen PTC-Heizwiderstand 1 enthält und zusätzlich beispielsweise ein Kontaktelement 2 sowie einen Isolator 3 und einen Kunststoffrahmen 4 aufweisen kann, der die verschiedenen Komponenten des PTC-Heizers hält. Der PTC-Heizer wird von einem Federelement 5 gegen eine Wärmeübertragungsfläche 66 des Gehäuseteils 6 gedrückt, über die von dem PTC-Heizwiderstand 1 erzeugte Wärme auf das Gehäuseteil 6 übergeht.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der PTC-Widerstand 1 flächig an der Wärmeübertragungsfläche 66 des Gehäuseteils an, da der PTC-Widerstand 1 über das Gehäuseteil 6 elektrisch kontaktiert wird. Bei einer anderen Ausgestaltung, beispielsweise wenn der PTC-Heizwiderstand beidseitig von dem Gehäuse elektrisch isoliert ist und von zwei Kontaktelementen elektrisch kontaktiert wird, kann aber auch eine andere Komponente des PTC-Heizers flächig an der Wärmeübertragungsfläche 66 anliegen, etwa ein Keramikplättchen oder anderer Isolator.
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Das Gehäuseteil 6 ist ein Gussteil, das beispielsweise durch Druckguss hergestellt wurde. Bevor der PTC-Heizer mit dem Gehäuseteil 6 verbunden wird, wird die Wärmeübertragungsfläche 66 des Gehäuseteils 6, durch plastische Verformung eingeebnet, beispielsweise durch Anpressen eines Stempels. Auf diese Weise wird die Wärmeankopplung des PTC-Heizers an das Gehäuseteil 6 verbessert.
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Nach dem Einebnen der Wärmeübertragungsfläche 66 des Gehäuseteils 6 wird der PTC-Heizer auf die Wärmeübertragungsfläche 66 gesetzt und das Federelement 5 auf das Gehäuseteil 6 aufgeklipst. Danach werden das Gehäuseteil 6 und das Federelement 5 sowie der zwischen ihnen angeordnete PTC-Heizer mit Kunststoff umspritzt, so dass diese dann von einem Kunststoffmantel 7 vor Kontakt mit einer zu erwärmenden Flüssigkeit geschützt sind.
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Das Gehäuseteil 6 weist auf gegenüberliegenden Seiten der Wärmeübertragungsfläche 66 Wände 61 auf, die einen Hinterschnitt aufweisen, mit dem das Federelement 5 verhakt ist. Der Hinterschnitt kann beispielsweise durch eine Nut 62 in der betreffenden Seitenwand 61 gebildet werden. Dabei verläuft eine obere, den Hinterschnitt bildende Begrenzungsfläche 64 der Nut 62 parallel zu der Wärmeübertragungsfläche 66 und eine untere Begrenzungsfläche 65 der Nut 62 schräg zu der oberen Begrenzungsfläche der Nut 62. Mit anderen Worten gesagt verbreitet sich die Nut 62 also in ihrer Längsrichtung. Auf diese Weise lässt sich das Gehäuseteils 6 leichter aus seiner Gussform entformen. In 4 sind in einer Schnittansicht des Gehäuseteils 2 die verborgenen Schnittkanten eines Längsschnittes durch das Gehäuseteil 2 durch gestrichelte Linien dargestellt, um dies zu verdeutlichen.
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Das in 3 isoliert dargestellte Federelement 5 ist mit dem Gehäuseteil 6 verrastet. Der entsprechende Formschluss wirkt senkrecht zur Wärmeübertragungsfläche des Gehäuseteils 6. Das Federelement 5 kann dazu zwei Leisten 51 mit Rasthaken 52 aufweisen, die mit dem Hinterschnitt der sich gegenüberliegenden Seitenwände 61 des Gehäuseteils 6 verhaken. Dazu ist vorteilhaft die Begrenzungsfläche 64, und/oder die mit der Begrenzungsfläche in Eingriff stehende Kontaktfläche 54 der Rasthaken 52 geneigt zur Wärmeübertragungsfläche 66 ausgeführt, damit das Federelement 5 sicher eingerastet bleiben kann. Zwischen den Leisten 51 erstreckt sich eine federnde Deckenwand 53, die gegen den PTC-Heizer drückt, beispielsweise gegen einen Isolator 3, etwa ein Keramikplättchen oder Kunststoff. Das Federelement 5 hat damit eine im Prinzip U-förmige Ausgestaltung. Vorteilhaft weist die Deckeninnenfläche 55 zumindest vor dem Befestigen eine zur Mitte des PTC-Heizers hin gebogen Kontur auf, wodurch nach dem Verhaken zumindest der zentrale Bereich des PTC-Heizers sicher wärmeleitend mit der Wärmeübertragungsfläche 66 und dem Federelement 5 verbunden ist.
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Sowohl das Federelement 5 als auch das Gehäuseteil 6 können aus einer Aluminiumbasislegierung hergestellt sein. Während für das Gussteil bevorzugt eine kostengünstige Standardgusslegierung zum Einsatz kommen kann, ist das Federelement 5 bevorzugt aus einer federharten Legierung wie beispielsweise eine AlMgSi-Legierung hergestellt. Das Federelement 5 kann durch Strangpressen hergestellt werden, also ein Strangpressprofil sein. Im Gegensatz zu einem dünnen Stahlfederblech, bei dem sich scharfe Kanten nur schwer vermeiden lassen, kann ein Federelement aus einer Aluminiumbasislegierung problemlos gerundete Kanten aufweisen. Ist das Federelement z. B. als Strangpressteil hergestellt, so können die Kanten nach dem Ablängen nochmals derart z. B. durch Sandstrahlen nachbearbeitet sein, dass die Kanten danach gerundet sind. Dadurch ist die Gefahr, dass der mit den Kanten in Kontakt stehende Kunststoffmantel an diesen Kanten reißt, deutlich verringert.
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Das Gehäuseteil 6 kann weitere Wände aufweisen, beispielsweise eine Rückwand 63, die quer zu den sich gegenüberliegenden Seitenwänden 61, die den Hinterschnitt aufweisen, verläuft. Dadurch ist das der PTC-Heizer von 3 Seiten ausreichend gut gegen das mit hohem Druck auftreffende Umspritzungsmaterial geschützt. Die verbleibende offene Vorderseite wird großteils durch die vordere Wand des Kunststoffrahmens 4 abgedeckt, sodass auch hier der PTC-Heizer ausreichend geschützt ist. Andernfalls könnte nämlich der Druck beim Umspritzen der Federkraft des Federelementes 5 entgegenwirken.
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5 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiel einer Tankheizung, das sich von dem vorstehend diskutierten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durch die Orientierung der Rasthaken 52 des Federelements 5 sowie des damit zusammenwirkenden Hinterschnitts der Seitenwände 62 unterscheidet. Während bei dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 die Rasthaken 52 des Federelements 5 nach innen gerichtet und einander zugewandt sind, sind die Rasthaken bei dem Ausführungsbeispiel der 5 nach außen gerichtet und voneinander abgewandt. Um trotzdem den PTC-Heizer eng mit Seitenwänden 61 und einer Rückwand umschließen zu können sind die Hinterschnitte hier nicht an den Seitenwänden 61 angebracht, sondern an weiter außenliegenden zusätzlichen Seitenwänden 67
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6 zeigt eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Tankheizung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen dadurch, dass das Federelement 5 durch Verstemmen an dem Gehäuseteil 6 befestigt ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat das Gehäuseteil 6 vorstehende Stiften 8, bevorzugt an der Stirnseite der Wände 61. Dabei durchgreifen die Stifte 8 Öffnungen im Federelement 5 und werden auf der Oberseite unter Vorspannung mit einem Werkzeug derart verstemmt, dass ein Formschluss erzeugt ist. In 6 ist auf jeder Stirnseite nur ein Stift 8 erkennbar. Mehrere Stifte 8 auf jeder Seite sind aber ebenso möglich. Die Stifte 8 können einstückig mit dem Gehäuseteil 6 ausgebildet sein oder separat hergestellt sein. Besonders bevorzugt ist, dass die Stifte 8 seitlich versetzt angeordnet sind.
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In 7 ist eine alternative Ausführung gezeigt, bei der auf jeder Seite ein einzelner, länglicher Stift 8 mit leicht angeschrägten Seitenflächen eine längliche Öffnung im Federelement durchgreift. Möglich ist aber auch eine Variante nach 8, bei der das Federelement 5 zwischen das Federelement 5 überragende Schienen 9 eingelegt ist und die Schienen 9 bereichsweise am Rand derart verstemmt sind, dass die verstemmten Bereiche 10 das Federelement 5 unter Vorspannung am Rand übergreifen und dadurch fixieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- PTC-Heizwiderstand
- 2
- Kontaktelement
- 3
- Isolator
- 4
- Kunststoffrahmen
- 5
- Federelement
- 6
- Gehäuseteil
- 7
- Kunststoffmantel
- 8
- Stift
- 9
- Schiene
- 10
- verstemmter Bereich
- 51
- Leiste
- 52
- Rasthaken
- 53
- Deckenwand
- 54
- Kontaktfläche
- 55
- Deckeninnenfläche
- 61
- Seitenwand
- 62
- Nut
- 63
- Rückwand
- 64
- obere Begrenzungsfläche
- 65
- untere Begrenzungsfläche
- 66
- Wärmeübertragungsfläche
- 67
- zusätzliche Seitenwand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014212544 A1 [0001, 0002, 0004]
- DE 112006001103 B4 [0002]
