DE102017222828A1 - heater - Google Patents

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Abstract

Heizeinrichtung (10, 20, 30, 40) mit mindestens einem Heizelement (3) und mindestens zwei Kontaktelementen zur elektrischen Kontaktierung des Heizelements, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der zwei Kontaktelemente aus einem metallischen Körper (1) besteht, wobei der Körper derart ausgebildet ist, daß er eine von dem Heizelement (3) erzeugte Wärme spreitet.Heating device (10, 20, 30, 40) with at least one heating element (3) and at least two contact elements for electrical contacting of the heating element, characterized in that at least one of the two contact elements consists of a metallic body (1), wherein the body is formed is that it spreads a heat generated by the heating element (3).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Heizeinrichtung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a heating device according to the preamble of the independent claim.

Aus der DE 10 2012 212 798 sind bereits Heizelemente aus Kunststoff bekannt, zum Beispiel aus thermisch regelnden und elektrisch leitenden Thermoplasten. Des Weiteren ist es aus dieser Schrift bekannt, ein solches Heizelement mit Leiterbahnen zu kontaktieren, welche mittels eines thermischen Spritzverfahrens gemäß DIN EN 657, insbesondere mittels eines Plasmaspritzverfahrens, auf den Heizkörper aus Kunststoff aufgebracht werden. Solche Leiterbahnen können zum Beispiel unter Verwendung von Kupfer, Zinn oder Aluminium gebildet werden.From the DE 10 2012 212 798 are already known heating elements made of plastic, for example, thermally regulating and electrically conductive thermoplastics. Furthermore, it is known from this document to contact such a heating element with conductor tracks, which are applied by means of a thermal spraying method according to DIN EN 657, in particular by means of a plasma spraying process, on the radiator made of plastic. Such traces may be formed, for example, using copper, tin or aluminum.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß in kompakter Weise eine elektrische Kontaktierung und zugleich eine großfläche Verteilung bzw. Ableitung erzeugter Wärme erfolgen kann.The heater according to the invention with the characterizing features of the independent claim has the advantage that in a compact manner an electrical contact and at the same time a large area distribution or dissipation generated heat can be done.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Heizeinrichtung möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim heating device are possible.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen

  • 1 eine Heizeinrichtung,
  • 2 eine zweite Heizeinrichtung,
  • 3 eine dritte Heizeinrichtung und
  • 4 eine vierte Heizeinrichtung.
Show it
  • 1 a heating device,
  • 2 a second heating device,
  • 3 a third heater and
  • 4 a fourth heater.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine elektrisch betreibbare Heizeinrichtung 10 in Querschnittsseitenansicht, welche über eine elektrische Stromquelle 12 mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird, der die Heizeinrichtung zur Erzeugung ohmscher Wärme anregt. Das Heizelement 3 ist der Bestandteil der Heizeinrichtung 10, in dem hierbei die Wärme entsteht. Das Heizelement 3 ist bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff hergestellt. Das Heizelement 3 ist beidseitig mit einer Beschichtung 2 versehen, auf der jeweils ein Kontaktelement 1 aus Metall, bevorzugt aus Aluminium, teilweise oder komplett flächig aufliegt. Die mit der elektrischen Stromquelle verbundenen Kontaktelemente 1 sind derart ausgeführt, daß sie nicht nur zur elektrischen Kontaktierung bzw. zur Verbindung mit der elektrischen Stromquelle dienen, sondern gleichzeitig eine rasche und flächige Wärmeabfuhr gewährleisten, was bloße auf einem Heizelement aufgebrachte dünne Leiterbahnen nicht leisten könnten. Die beiden Kontaktelemente 1 sind über randständige Spann- bzw. 1 shows an electrically operable heater 10 in cross-sectional side view, which via an electrical power source 12 is applied with an electric current that excites the heater to generate ohmic heat. The heating element 3 is the component of the heater 10 in which the heat is generated. The heating element 3 is preferably made of an electrically conductive plastic. The heating element 3 is on both sides with a coating 2 provided on each of which a contact element 1 made of metal, preferably of aluminum, partially or completely flat rests. The contact elements connected to the electrical power source 1 are designed so that they not only serve for electrical contact or for connection to the electrical power source, but at the same time ensure a rapid and areal heat dissipation, which could not afford merely applied to a heating element thin strip conductors. The two contact elements 1 are about marginal clamping or

Klammerelemente 5 mit dem Heizelement 3 verpresst. Die Heizeinrichtung weist darüber hinaus eine Umhüllung 4 auf, die das Heizelement, die Beschichtungen und die Kontaktelemente allseitig umgibt, so daß die geschichtete Anordnung von der Umgebung elektrisch isoliert bzw. vor aggressiven Umgebungsmedien geschützt ist.clamp elements 5 with the heating element 3 pressed. The heater also has an enclosure 4 on which surrounds the heating element, the coatings and the contact elements on all sides, so that the layered arrangement is electrically isolated from the environment or protected from aggressive environmental media.

2 offenbart eine alternative Heizeinrichtung 20 mit zwei räumlich voneinander getrennten Heizelementen 3, welche in ähnlicher Weise wie bei der Anordnung nach 1 über flächig aufliegende Kontaktelemente 1 elektrisch und wärmeübertragend kontaktiert sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die Heizelemente auf unterschiedlicher Höhe, was durch eine Abstufung der Kontaktelemente gewährleistet wird, die gleichzeitig beide Heizelemente kontaktieren. Beschichtungen,Spannelemente und eine Umhüllung sind wie bei der Heizeinrichtung gemäß 1 vorgesehen. 2 discloses an alternative heater 20 with two spatially separated heating elements 3 , which in a similar manner as in the arrangement according to 1 over flat contact elements 1 contacted electrically and heat transfer. In the embodiment shown, the heating elements are at different heights, which is ensured by a gradation of the contact elements, which simultaneously contact both heating elements. Coatings, clamping elements and an enclosure are as in the heater according to 1 intended.

In 3 ist ebenfalls in Querschnittsseitenansicht eine weitere alternative Heizeinrichtung 30 dargestellt, welche als Heiztopf ausgebildet ist. Hierbei weist das obere Kontaktelement 1 einen Topfbereich 32 auf bzw. das obere Kontaktelement 1 ist mit einem Topfbereich 32 wärmeleitend verbunden, welcher mit einem zu beheizenden bzw. aufzutauenden Fluid befüllt sein kann. Ein solches Fluid kann zum Beispiel eine wässrige Harnstofflösung sein. Eine Umhüllung 4 wie in 1 und 2 ist nicht dargestellt, kann aber auch bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein, insbesondere um den Heiztopf vor einer chemischen Wechselwirkung beispielsweise mit der genannten wässrigen Harnstofflösung zu schützen. Spannelemente und Beschichtungen sind wie in den vorhergehend beschriebenen Heizeinrichtungen vorgesehen.In 3 is also in cross-sectional side view another alternative heater 30 shown, which is designed as a heating pot. In this case, the upper contact element 1 a pot area 32 on or the upper contact element 1 is with a pot area 32 thermally conductively connected, which can be filled with a fluid to be heated or thawed. Such a fluid may be, for example, an aqueous urea solution. A serving 4 as in 1 and 2 is not shown However, it can also be provided in this embodiment, in particular in order to protect the heating pot from a chemical interaction, for example with the said aqueous urea solution. Clamping elements and coatings are provided as in the previously described heaters.

4 offenbart eine weitere alternative Heizeinrichtung 40, bei der eine der beiden Kontaktelemente 1 als Aluminiumkörper mit Kühlrippen 42 ausgebildet ist, die eine rasche Wärmeabfuhr vom Heizelement 3 unterstützen. In der dargestellten Ausführung überragen beide Kontaktelemente lateral das beidseitig beschichtete Heizelement 3. Eine Umhüllung 4 wie in 1 und 2 ist nicht dargestellt, kann aber auch bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein. 4 discloses another alternative heater 40 in which one of the two contact elements 1 as aluminum body with cooling fins 42 is formed, the rapid heat removal from the heating element 3 support. In the illustrated embodiment, both contact elements laterally project beyond the heating element coated on both sides 3 , A serving 4 as in 1 and 2 is not shown, but may also be provided in this embodiment.

Spannelemente und Beschichtungen sind wie in den vorhergehend beschriebenen Heizeinrichtungen vorgesehen.Clamping elements and coatings are provided as in the previously described heaters.

Bei allen Ausführungsformen erfolgt eine Kontaktierung über Kontaktelemente, wobei mindestens ein Kontaktelement vorzugsweise als Aluminiumkörper 1 ausgebildet ist. Ein solcher Aluminiumkörper wird auf eine Beschichtung 2 auf dem vorzugsweise als Kunststoffheizer ausgebildeten Heizelement 3 aufgebracht, um den elektrischen Strom auf die Beschichtung 2 zu übertragen. Hierzu ist es von Vorteil, wenn die Aluminiumkörper 1 auf das Kunststoffheizelement 3 gepresst werden, um thermische Ausdehnungen auszugleichen. Die Aufpressung kann über Federn, Klammern, Magnete, Verschraubungen oder ähnlichem erfolgen, wie in den 1 bis 4 mittels der Spannelemente 5 dargestellt. Die Spannelemente 5 können innerhalb einer Umhüllung 4, wie in 1 und 2 dargestellt, oder (insbesondere bei nicht vorgesehener Umhüllung) außerhalb einer solchen Umhüllung angeordnet sein.In all embodiments, contacting takes place via contact elements, wherein at least one contact element preferably as aluminum body 1 is trained. Such an aluminum body is applied to a coating 2 on the preferably designed as a plastic heater heating element 3 Applied to the electric current on the coating 2 transferred to. For this purpose, it is advantageous if the aluminum body 1 on the plastic heating element 3 pressed to compensate for thermal expansion. The pressing can be done by springs, clamps, magnets, screw connections or the like, as in the 1 to 4 by means of the clamping elements 5 shown. The clamping elements 5 can within a serving 4 , as in 1 and 2 represented, or (in particular in unimagined enclosure) be arranged outside of such a sheath.

Im Falle des beidseitigen Vorsehens eines Aluminiumkörpers zur elektrischen Kontaktierung und/oder zur Wärmeableitung, wie in den 1 bis 4 dargestellt, wird eine solche Heizeinrichtung auch als „Sandwich“-Heizer bezeichnet.In the case of the two-sided provision of an aluminum body for electrical contacting and / or for heat dissipation, as in the 1 to 4 As shown, such a heater is also referred to as a "sandwich" heater.

Die Beschichtung 2 des Heizelements 3 bewirkt eine flächige Kontaktierung in das Heizelement 3 hinein, das aufgrund eines Füllstoffanteils an elektrisch leitfähigen Partikeln einen elektrischen Widerstand hat, der so gewählt ist, dass das Heizelement 3 den höchsten Widerstand in der Kontaktierungskette bildet und sich somit am stärksten erwärmt. Es ist von Vorteil, wenn die Beschichtung 2 in das Kunststoffmaterial des Heizelements 3 eindringt, um die elektrisch leitfähigen Füllstoffe des Kunststoffmaterials zu erreichen. Die Oberfläche des Kunststoffheizelements kann vor dem Beschichtungsprozess vorbehandelt sein, zum Beispiel durch Sandstrahlen, um die Füllstoffpartikel freizulegen. Die Beschichtung 2 wird durch Lackieren, Verwenden eines Leitklebers, durch Siebdruck oder thermisches Spritzen aufgebracht. Die Beschichtung 2 kann beispielsweise aus Metallen bestehen, damit eine hohe Leitfähigkeit erreicht wird.The coating 2 of the heating element 3 causes a surface contact in the heating element 3 into it, which has an electrical resistance due to a filler content of electrically conductive particles, which is selected so that the heating element 3 forms the highest resistance in the contacting chain and thus warms the most. It is beneficial if the coating 2 in the plastic material of the heating element 3 penetrates to reach the electrically conductive fillers of the plastic material. The surface of the plastic heating element may be pretreated prior to the coating process, for example by sand blasting, to expose the filler particles. The coating 2 is applied by painting, using a conductive adhesive, by screen printing or thermal spraying. The coating 2 may for example consist of metals, so that a high conductivity is achieved.

Die Verwendung von Kunststoff als Heizelement 3 bietet den Vorteil, dass dieser sich an die Oberflächen der Aluminiumkörper 1 anpassen kann. Dadurch werden Maßabweichungen und Unebenheiten ausgeglichen. Bei Erwärmung dehnt sich der Kunststoff, der das Heizelement 3 bilden soll, stärker aus, die Verpressung nimmt bei einer vorgesehenen Verklammerung mittels Spannelementen 5 zu, und damit auch die elektrische und thermische Kontaktierung. Damit ist auch eine dreidimensional geformte und auch flächig kontaktierte Oberfläche des Heizelements realisierbar. Es ist allerdings kein vollflächiger Kontakt zwischen Aluminiumkörper 1 und Kunststoff des Heizelements 3 bzw. der Beschichtung 2 notwendig, da die Beschichtung 2 des Kunststoffs die weitere Verteilung des elektrischen Stroms in das Heizelement 3 übernimmt. Durch die Aluminiumkörper 1 wird die erzeugte Wärme gespreitet und nach außen geleitet. Die Gestaltung der Oberfläche des Aluminiumkörpers 1 kann funktionsoptimiert sein, wie im Beispiel des Heiztopfs 30 gemäß 3, oder sie kann wärmetechnischoptimiert sein, wie im Beispiel gemäß 4 durch Vorsehen von Kühlrippen. Zur optimalen Ausbildung der Funktion der Wärmeableitung sind die Aluminiumkörper vorzugsweise so ausgebildet, daß sie eine hinreichende Dicke aufweisen, die in der Größenordnung der Schichtdicke des Heizelements liegt oder größer ist als die Schichtdicke des Heizelements.The use of plastic as a heating element 3 has the advantage of being attached to the surfaces of the aluminum body 1 can adapt. As a result, deviations and unevenness are compensated. When heated, the plastic that expands the heating element expands 3 should form stronger, the compression decreases at a proposed clamping by means of clamping elements 5 to, and thus the electrical and thermal contact. This also a three-dimensionally shaped and surface-contacted surface of the heating element can be realized. However, it is not a full-surface contact between aluminum body 1 and plastic of the heating element 3 or the coating 2 necessary, because the coating 2 the plastic the further distribution of electric current in the heating element 3 takes over. Through the aluminum body 1 The generated heat is spread and led to the outside. The design of the surface of the aluminum body 1 can be functionally optimized, as in the example of the heating pot 30 according to 3 , or it may be thermally optimized, as in the example according to 4 by providing cooling fins. For optimum formation of the function of heat dissipation, the aluminum bodies are preferably formed so that they have a sufficient thickness which is of the order of magnitude of the layer thickness of the heating element or greater than the layer thickness of the heating element.

Auf der Oberfläche der Aluminiumkörper bzw. der Kontaktelemente 1, welche nicht auf einer Beschichtung 2 des Heizelements 3 aufliegt, kann ein elektrisch isolierendes Material in Form der bereits beschriebenen Umhüllung 4 aufgebracht werden, damit kein elektrischer Strom nach außen abgeleitet werden kann. Diese als Isolierschicht dienende Umhüllung kann z.B. durch Umspritzen mit einem isolierenden Kunststoff aufgebracht werden.On the surface of the aluminum body or the contact elements 1 which is not on a coating 2 of the heating element 3 rests, may be an electrically insulating material in the form of the enclosure already described 4 be applied so that no electric current can be discharged to the outside. This serving as an insulating coating can be applied for example by encapsulation with an insulating plastic.

Die Kontaktelemente bzw. Aluminiumkörper 1 werden über Kabel oder einen Stecker an die elektrische Stromquelle 12 angeschlossen.The contact elements or aluminum body 1 be connected via cable or a plug to the electrical power source 12 connected.

Die beschriebenen Heizeinrichtungen können insbesondere im Kraftfahrzeugwesen eingesetzt werden, beispielsweise als Heizung für das Motoröl, als Heizung für das Scheibenwischwasser, als Heizung für die Fahrzeugkabine, als Standheizung für ein Kraftfahrzeug oder als Heizung für eine gefrierfähige wässrige Harnstofflösung, welche in Kraftfahrzeugen als Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden in deren Abgasen zum Einsatz kommt. Aber auch generell als Raumheizung können solche Heizeinrichtungen Anwendung finden.The heating devices described can be used in particular in the automotive industry, for example as a heater for the engine oil, as a heater for the windshield wiper water, as a heater for the vehicle cabin, as a heater for a motor vehicle or as a heater for a freezable aqueous urea solution, which in motor vehicles as a reducing agent for reduction of nitrogen oxides in their exhaust gases is used. But also generally as space heating such heaters can be used.

Als Material für das Heizelement können im Falle der vorteilhaften Verwendung von Kunststoff elektrisch leitfähige Thermoplaste, Duromere und/oder Elastomere zum Einsatz kommen.In the case of the advantageous use of plastic, electrically conductive thermoplastics, thermosets and / or elastomers can be used as the material for the heating element.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012212798 [0002]DE 102012212798 [0002]

Claims (12)

Heizeinrichtung (10, 20, 30, 40) mit mindestens einem Heizelement (3) und mindestens zwei Kontaktelementen zur elektrischen Kontaktierung des Heizelements, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der zwei Kontaktelemente aus einem metallischen Körper (1) besteht, wobei der Körper derart ausgebildet ist, daß er eine von dem Heizelement (3) erzeugte Wärme spreitet.Heating device (10, 20, 30, 40) with at least one heating element (3) and at least two contact elements for electrical contacting of the heating element, characterized in that at least one of the two contact elements consists of a metallic body (1), wherein the body is formed is that it spreads a heat generated by the heating element (3). Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (1) aus Aluminium besteht.Heating device after Claim 1 , characterized in that the body (1) consists of aluminum. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontaktelemente aus jeweils einem metallischen Körper bestehen und daß sie auf gegenüberliegenden Seiten des Heizelements (3) angeordnet sind.Heating device after Claim 1 or 2 , characterized in that both contact elements each consist of a metallic body and that they are arranged on opposite sides of the heating element (3). Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Kontaktelemente (1) gegeneinander verspannt bzw. verpresst (5) sind.Heating device after Claim 3 , characterized in that the two contact elements (1) against each other braced or pressed (5). Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Körper (1) bzw. den Körpern und dem Heizelement (3) eine Beschichtung (2) des Heizelements befindet.Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that there is a coating (2) of the heating element between the body (1) or the bodies and the heating element (3). Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung (2) metallisch ist.Heating device after Claim 5 , characterized in that the coating (2) is metallic. Heizelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial gefertigt ist.Heating element according to one of the preceding claims, characterized in that the heating element (3) is made of an electrically conductive plastic material. Heizelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitfähige Kunststoffmaterial ein elektrisch leitfähiger Thermoplast, Duromer oder Elastomer ist.Heating element after Claim 7 , characterized in that the electrically conductive plastic material is an electrically conductive thermoplastic, duromer or elastomer. Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung (10, 20, 30, 40) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Körper (1) auf das Heizelement (3) aufgebracht wird.Method for producing a heating device (10, 20, 30, 40) according to one of the preceding claims, characterized in that the metallic body (1) is applied to the heating element (3). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des metallischen Körpers durch Verpressen (5) des metallischen Körpers (1) mit dem Heizelement (3) erfolgt.Method according to Claim 9 , characterized in that the application of the metallic body by pressing (5) of the metallic body (1) with the heating element (3). Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) vor dem Aufbringen des metallischen Körpers (1) zumindest auf der Seite, auf der der metallische Körper aufgebracht wird, mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise einem metallischen Material, beschichtet (2) wird.Method according to Claim 9 or 10 , characterized in that the heating element (3) before the application of the metallic body (1) at least on the side on which the metallic body is applied, with an electrically conductive material, such as a metallic material, coated (2). Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (3) aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial gefertigt ist.Method according to one of Claims 9 to 11 , characterized in that the heating element (3) is made of an electrically conductive plastic material.
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