-
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit einem von einer Isolierung umgebenen elektrischen Heizelement, wobei das Heizelement Anschlusskontakte zur Verbindung mit einem elektrische Energie führenden Leitungssystem aufweist, und wobei das Heizungssystem in einem einen Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff für eine Brennkraftmaschine bevorratenden Tank eingesetzt ist.
-
Stand der Technik
-
Eine derartige Heizeinrichtung ist aus der
DE 10 2007 059 848 A1 bekannt. Diese Heizeinrichtung weist ein von einer Isolierung umgebenes elektrisches Heizelement auf, wobei das Heizelement Anschlusskontakte zur Verbindung mit einem elektrische Energie führenden Leitungssystem aufweist. Die Heizeinrichtung ist in einem ein Reduktionsmittel bevorratenden Tank eingesetzt. Das in dem Tank bevorratete Reduktionsmittel wird zur Entstickung von Abgasen einer Brennkraftmaschine in ein Abgasleitungssystem der Brennkraftmaschine eingespritzt. Die Isolierung des Heizelements ist ein Kunststoff in Form eines Elastomeres, insbesondere eines medium resistenten Materials/Werkstoffs wie beispielsweise eines Kautschuks. Mit diesem Material wird das Heizelement durch Umspritzung beschichtet. Zur Realisierung einer solchen Umspritzung ist ein Spritzgusswerkzeug notwendig, in dem erfahrungsgemäß Drücke von größer als 1.000 bar herrschen, um eine geforderte Dünnwandigkeit der Umspritzung herstellen zu können. Bevor das Umspritzungsmaterial plastifiziert, sind die Rückzugsstempel des Spritzgusswerkzeugs wieder in die Ausgangsposition zurückzuziehen, um dem Umspritzungsmaterial die Möglichkeit zu geben, das Volumen, das die Stempel darstellen, wieder zu befüllen. Bei der notwendigen und geforderten Dünnwandigkeit der Umspritzung ist die Herstellung dieses Heizelements prozesssicher nur schwerlich möglich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizeinrichtung bereitzustellen, bei der die Heizeinrichtung verbessert ist und bei der das Heizelement betriebssicher und zuverlässig herstellbar von einer Isolierung umgeben ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Heizelement zumindest abschnittsweise einen Wärmespeicher aufweist und der Verbund aus Heizelement und Wärmespeicher mit einer Kunststofffolie ganzflächig foliert ist. Das entsprechende Verfahren zum Herstellen einer solchen Heizeinrichtung sieht vor, dass das Heizelement mit einem Wärmespeicher versehen wird und der vorzugsweise vorgefertigte Verbund aus Heizelement und Wärmespeicher einer Kunststofffolie umgeben wird, und dass die Kunststofffolie mit dem Heizelement und/oder dem Wärmespeicher verklebt und/oder verschweißt wird. Der Wärmespeicher gewährleistet, dass in der Heizeinrichtung Restwärme gespeichert wird und an den Betriebsstoff und/oder den Hilfsstoff abgegeben werden kann. Dadurch ist auch die Aufheizamplitude und dementsprechend die Belastung des elektrischen Systems der Brennkraftmaschine weniger belastet. Auch können Störgrößen, wie zum Beispiel ein schnelles Abkühlen der Heizeinrichtung bei Kurvenfahrten, positive wie auch negative Beschleunigungen des Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine verbaut ist, besser geregelt werden. Das Anbringen der Kunststofffolie hat den Vorteil, dass eine Kunststofffolie in einem eigenständigen Produktionsgang prozesssicher in einer gewünschten Zusammensetzung und einer gewünschten Foliendicke hergestellt werden kann. Mit einer so hergestellten Kunststofffolie kann das Heizelement unter Einbezug des Wärmespeichers problemlos ganzflächig und vollumfänglich foliert werden. Dieser Ausgestaltung beziehungsweise diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Kunststofffolie in einem eigenständigen Produktionsgang prozesssicher in einer gewünschten Zusammensetzung und einer gewünschten Foliendicke hergestellt werden kann. Mit dieser so hergestellten Kunststofffolie kann das Heizelement unter Einbezug des Wärmespeichers problemlos ganzflächig und vollumfänglich foliert werden.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist der Werkstoff des Wärmespeichers ein Metall, ein Nicht-Eisen-Metall, eine Keramik und/oder ein wärmespeichernder Kunststoff. Neben diesen genannten Werkstoffen können selbstverständlich auch noch weitere geeignete Werkstoffe eingesetzt werden oder aber auch Kombinationen von genannten oder nicht genannten Werkstoffen verwendet werden. Eine Auswahl wird nach den gewünschten Eigenschaften des Wärmespeichers auch unter Berücksichtigung gegebenenfalls der Einsatzbedingungen der Heizeinrichtung vorgenommen. So können beispielsweise bei einer in arktischen Gebieten eingesetzten Heizeinrichtung andere Anforderungen an den Wärmespeicher berücksichtigt werden, als dies bei einem Einsatz in einem Gebiet der Fall ist, in dem nur gelegentlich mit tiefen Umgebungstemperaturen zu rechnen ist.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmespeicher auf das Heizelement gespritzt. Eine solche Befestigung bietet sich insbesondere bei einem spritzbaren Kunststoff oder einem spritzbaren Keramikwerkstoff an.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Wärmespeicher mittels eines Klebeprozesses, Schweißprozesses, Klippprozesses und/oder Schraubprozesses an dem Heizelement befestigt. Hier wird auch wieder eine Auswahl der entsprechenden Befestigung anhand der Materialeigenschaften insbesondere des Wärmespeichers vorgenommen.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist die Kunststofffolie beidseits des flächig ausgebildeten Heizelements unter Einbezug des Wärmespeichers angeordnet und die Kunststofffolie ist mit dem Heizelement und/oder dem Wärmespeicher mittels eines Klebeprozesses oder Schweißprozesses oder einer Kombination davon verbunden. Zunächst einmal kann die Kunststofffolie durch die flächige Ausbildung des Heizelements und des Wärmespeichers problemlos auf diesen positioniert werden und dann mittels eines Klebeprozesses oder Schweißprozesses verbunden werden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Form vorgesehen, in der die Kunststofffolie und das Heizelement mit dem Wärmespeicher zur Durchführung des Klebeprozesses und/oder Schweißprozesses einlegbar sind. Dabei kann zunächst eine erste Kunststofffolie, dann das Heizelement mit dem beispielsweise beidseitig angebrachten Wärmespeicher und darauf eine zweite Kunststofffolie in ein Formunterteil der Form eingelegt werden. Alternativ ist es auch möglich, eine mit einer entsprechenden Größe vorgehaltene Kunststofffolie mit einer ersten Hälfte in das Formunterteil der Form einzulegen, das Heizelement mit dem Wärmespeicher daraufzulegen und dann dem restlichen Teil der Kunststofffolie auf das Heizelement mit dem Wärmespeicher durch Umschlagen oben draufzulegen. Anschließend wird ein Formoberteil zur Vervollständigung der Form auf das Formunterteil aufgelegt. Grundsätzlich kann die Form aber auch eine andere Gestaltung beziehungsweise Ausbildung aufweisen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es alternativ vorgesehen, das Heizelement mit dem Wärmespeicher in einen Kunststofffolienbeutel einzusetzen und den Kunststofffolienbeutel mit dem Heizelement unter Einbezug des Wärmespeichers mittels eines Klebeprozesses und/oder Schweißprozesses zu verbinden. Dabei ist der Einsetzvorgang des Heizelements mitsamt dem Wärmespeicher in den Kunststofffolienbeutel durch eine überwiegende flächige Ausbildung des Heizelements und des Wärmespeichers wiederum problemlos möglich.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kunststofffolienbeutel nach dem Einsetzvorgang des Heizelements vakuumiert. Dadurch liegt die den Kunststofffolienbeutel formende Kunststofffolie sauber an dem Heizelement beziehungsweise dem Wärmespeicher, die vorzugsweise beide eine zumindest geringe Oberflächenkontur beziehungsweise Oberflächenstruktur aufweisen, an, so dass der anschließende Klebeprozess und/oder Schweißprozess einfach und zuverlässig durchführbar ist. Dabei ist das in den Kunststofffolienbeutel eingesetzte Heizelement mit dem Wärmespeicher als Zwischenprodukt wieder in eine Form einlegbar, wobei der Vakuumiervorgang sowie der Klebeprozess und/oder der Schweißprozess an dem in die Form eingelegten Zwischenprodukt problemlos nacheinander durchführbar sind.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das über das Heizelement und den Wärmespeicher hinausragende Kunststoffmaterial nach dem Klebeprozess und/oder Schweißprozess abgetrennt. Dieser Abtrennvorgang kann beispielsweise durch ein Schneidwerkzeug beispielsweise in Form einer Stanzvorrichtung erfolgen, die nach dem Klebeprozess und/oder Schweißprozess der noch in der Form liegenden Heizeinrichtung zugeführt wird und die überstehende Kunststofffolie der Außenkontur des Heizelements beziehungsweise des Wärmespeichers folgend abtrennt.
-
In Weiterbildung der Erfindung sind die Anschlusskontakte des Heizelements als ausgeklinkte Pole ausgebildet, die vorzugsweise beim Aufbringen der Kunststofffolie auf das Heizelement die Kunststofffolie durchstoßen. Dadurch ist sichergestellt, dass eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Pole mit einem Leitungssystem möglich ist. Weiterhin sind die Anschlusskontakte von einem mit der Kunststofffolie verklebten und/oder verschweißten Kunststoffring umgeben. An diesem Kunststoffring kann eine das Leitungssystem umgebende Dichtungstülle befestigt, beispielsweise festgeklebt werden oder aber in einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform wird die so hergestellte beziehungsweise ausgestaltete Heizeinrichtung mit einem in dem Tank angeordneten Träger verschweißt. Der Träger beziehungsweise der Tank weisen Durchbrüche auf, durch die die elektrische Kontaktierung der Anschlusskontakte mit dem Leitungssystem problemlos möglich ist.
-
Zusammenfassend bietet die erfindungsgemäße Ausgestaltung beziehungsweise das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der Heizeinrichtung gegenüber bekannten Ausführungen folgende Vorteile:
- - Durch modulares Anbringen von einem Wärmespeicher oder mehreren Wärmespeichern, Folieren und Evakuierung der Luft ist bei Kurvenfahrten, positiven wie auch negativen Beschleunigungen und aufzuheizendem Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff gewährleistet, dass die Heizeinrichtung Restwärme an den Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff abgeben kann und die Aufheizamplitude kleiner ist. Damit können solche Störgrößen wie zu schnelles Abkühlen der Heizeinrichtung bei Kurvenfahrten, positiven wie auch negativen Beschleunigungen, besser geregelt werden. Eine Heizeinrichtung ohne Wärmespeicher würde bei diesen Umständen in Verbindung mit kaltem Betriebsstoff und/oder Hilfsstoff schnell stark abkühlen und das Spannungsnetz des Fahrzeugs, in das die Brennkraftmaschine eingebaut ist, stark belasten.
- - Es entstehen, wie aus Spritzguss bekannt ist, keine Bindenähte und keine Lunker/Luftblasen in der Schutzschicht/Beschichtung,
- - nachträgliches Biegen/Richten des folierten Heizelements inklusive des Wärmespeichers ist möglich,
- - kostenintensive Spritzgusswerkzeuge mit Rückzugstempeln werden eingespart,
- - durch das Folieren entstehen Druckspannungen auf dem Wärmespeicher. Dadurch wird der Kontakt zwischen Wärmespeicher und Heizelement verbessert, die Wärme wird noch effektiver an den Wärmespeicher abgegeben und
- - ein modularer Aufbau der Heizung mittels verschiedenartiger Wärmespeicher in Form und Material ist möglich.
- - bei einer Umhüllung des Heizelements unter Einbezug eines Wärmespeichers mit einer Kunststofffolie wird ein prozessunsicherer Spritzgussvorgang vermieden und die Kunststofffolie ist dickenmäßig nur noch von der Herstellbarkeit der Kunststofffolie abhängig,
- - überschüssiges Kunststofffolienmaterial kann prozesssicher abgestanzt werden, und
- - durch eine nur dünne Beschichtung des Heizelements unter Einbezug des Wärmespeichers und gegebenenfalls einer zusätzlichen Evakuierung von Luft zwischen der Kunststofffolie und dem Heizelement beziehungsweise dem Wärmespeicher ist ein wesentlich schnelleres Ansprechverhalten der Heizeinrichtung gewährleistet.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist:
Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß ausgestaltete Heizeinrichtung,
- 2 einen Schnitt A-A durch eine Heizeinrichtung gemäß 1 und
- 3 eine schematische Ansicht eines Tanks mit einer eingebauten Heizeinrichtung.
-
1 zeigt eine Heizeinrichtung 1, die ein ganzflächig und vollumfänglich mit einer Kunststofffolie 2 foliertes Heizelement 3 beinhaltet. Zwischen dem Heizelement 3 und der Kunststofffolie 2 ist eine Wärmespeicher 10 angeordnet, auf den in der Beschreibung zu Figur 2 näher eingegangen wird.
-
Das Heizelement 3 weist zwei Anschlusskontakte 4a, 4b auf, die als Pluspol und als Minuspol ausgestaltet sind. Die Anschlusskontakte 4a, 4b sind aus dem Heizelement 3 ausgeklinkt, indem eine Freistanzung des auszuklinkenden Bereichs der Anschlusskontakte 4a, 4b vorgenommen wird und die Anschlusskontakte 4a, 4b anschließend vorzugsweise um 90° zu dem flächigen Heizelement 3 umgebogen werden. Das Heizelement 3 ist beispielsweise als Widerstandsheizer in Form einer Blechplatine ausgestaltet, wobei die Blechplatine unter Einbezug des Wärmespeichers 10 von der Kunststofffolie 2 umfasst ist, um das Heizelement 3 vor aggressiven Betriebsstoffen und/oder Hilfsstoffen zu schützen. Die Heizeinrichtung 1 wird vorzugsweise in einen Tank (3) eingesetzt, in dem beispielsweise ein Hilfsstoff in Form eines Reduktionsmittels bevorratet ist. Das Reduktionsmittel wird zur Entstickung von Abgasen einer Brennkraftmaschine in ein Abgasleitungssystem der Brennkraftmaschine eingespritzt.
-
Die Anschlusskontakte 4a, 4b sind von einem Kunststoffring 6 umgeben, der mit der Kunststofffolie 2 verklebt oder verschweißt ist.
-
2 zeigt einen Schnitt A-A gemäß 1 durch die vollständig aufgebaute Heizeinrichtung 1, die das Heizelement 3 aufweist, das allseitig von der Kunststofffolie 2 umgeben ist. Zwischen dem Heizelement 3 und der Kunststofffolie 2 ist vorzugsweise beidseitig des Heizelements 3 der flächig ausgebildeter Wärmespeicher 10 angeordnet, der beispielsweise auf das Heizelement 3 gespritzt ist. Der beispielsweise aus einem Metall, einem Nicht-Eisen-Metall oder einem Keramikwerkstoff hergestellte Wärmespeicher 10 gewährleistet, dass in der Heizeinrichtung 1 Restwärme gespeichert wird und an den Betriebsstoff und/oder den Hilfsstoff abgegeben werden kann. Dadurch ist die Aufheizamplitude und dementsprechend die Belastung des elektrischen Systems der Brennkraftmaschine weniger belastet. Auch können Störgrößen, wie zum Beispiel ein schnelles Abkühlen der Heizeinrichtung 1 bei Kurvenfahrten, positive wie auch negative Beschleunigungen des Fahrzeugs, an dem die Brennkraftmaschine verbaut ist, besser geregelt werden. Neben der Ausgestaltung des Wärmespeichers 10 als flächiger Wärmespeicher 10 sind im Grunde beliebige andere Ausgestaltungen und Befestigungsmöglichkeiten an dem Heizelement 3 denkbar.
-
Die Kunststofffolie 2 ist bevorzugt durch einen Klebeprozess oder Schweißprozess mit dem Heizelement 3 unter Einbezug des Wärmespeichers 10 verbunden. Die Kunststofffolie 2 kann als Kunststofffolienbeutel ausgebildet sein, in den das Heizelement 3 mitsamt dem beidseitig angespritzten Wärmespeicher 10 eingesetzt wird, wobei der Kunststofffolienbeutel dann vorzugsweise evakuumiert und mit dem Heizelement 3 beziehungsweise dem Wärmespeicher 10 verklebt oder verschweißt wird. Vorzugsweise während des Klebeprozesses oder Schweißprozesses werden die Anschlusskontakte 4a, 4b von der Kunststofffolie 2 durchstoßen, so dass eine nicht nachzuarbeitende Kontaktierung mit einem Leitungssystem beispielsweise über Steckkontakte möglich ist.
-
Schematisch ist weiterhin eine Form dargestellt, die aus einem Formunterteil 7a und einem Formoberteil 7b besteht. Das Formunterteil 7a und das Formoberteil 7b sind beispielsweise beheizbar, um eine durch Wärmezufuhr bewirkte Verklebung oder Verschweißung der Kunststofffolie 2 mit dem Heizelement 3 sowie dem Wärmespeicher 10 darzustellen. In der schematischen Darstellung gemäß 2 sind die einzelnen Bauteile zur besseren Übersichtlichkeit beabstandet zueinander dargestellt. Weiterhin ist eine Stanzvorrichtung 8 vorhanden, mittels der überstehende Kunststofffolie nach der Durchführung des Klebeprozesses oder Schweißprozesses von der Heizeinrichtung abgestanzt werden kann.
-
3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine in einem Tank 5 eingebaute Heizeinrichtung 1. In dem Tank 5 ist ein Träger 9 befestigt, an dem der Kunststoffring 6 festgeklebt oder verschweißt ist. Gleichzeitig ist im Bereich des Trägers 9 eine Öffnung in eine Wand des Tanks 5 eingelassen, durch die die Anschlusskontakte 4a, 4b mit einem elektrische Energie führenden Leitungssystem kontaktiert sind.
-
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
-
- DE 102007059848 A1 [0002]
