DE102018100742A1 - Heating device with a plurality of electric surface heating elements - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung (10) mit einer Mehrzahl von elektrischen Flächenheizelementen (18) und mit einer Halteeinrichtung, welche die Flächenheizelemente (18) derart hält, dass die Flächenheizelemente (18) von einem zu beheizenden Fluid überströmbar sind. Das jeweilige Flächenheizelement (18) umfasst einen Trägerkörper (22), auf welchem wenigstens ein Widerstandselement (28) angeordnet ist, welches zum Beheizen des Fluids mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist. Der Trägerkörper (22) ist aus wenigstens einem Kunststoff gebildet. The invention relates to a heating device (10) having a plurality of electric surface heating elements (18) and to a holding device which holds the surface heating elements (18) such that the surface heating elements (18) can be overflowed by a fluid to be heated. The respective surface heating element (18) comprises a carrier body (22) on which at least one resistance element (28) is arranged, which can be acted upon by electrical energy for heating the fluid. The carrier body (22) is formed from at least one plastic.
Description
Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung mit einer Mehrzahl von elektrischen Flächenheizelementen und mit einer Halteeinrichtung, welche die Flächenheizelemente derart hält, dass die Flächenheizelemente von einem zu beheizenden Fluid überströmbar sind. Das jeweilige Flächenheizelement umfasst einen Trägerkörper, auf welchem wenigstens ein Widerstandselement angeordnet ist. Zum Beheizen des Fluids ist das Widerstandselement mit elektrischer Energie beaufschlagbar.The invention relates to a heating device with a plurality of electric surface heating elements and with a holding device which holds the surface heating elements such that the surface heating elements can be overflowed by a fluid to be heated. The respective surface heating element comprises a carrier body on which at least one resistance element is arranged. For heating the fluid, the resistance element can be acted upon by electrical energy.
Die
Als nachteilig ist hier der Umstand anzusehen, dass ein derartiger Luftheizer vergleichsweise komplex aufgebaut und somit aufwändig ist.A disadvantage here is the fact that such an air heater is constructed comparatively complex and thus expensive.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine besonders einfach aufgebaute Heizeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen.Object of the present invention is therefore to provide a particularly simple design heater of the type mentioned.
Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a heating device having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung umfasst eine Mehrzahl von elektrischen Flächenheizelementen und eine Halteeinrichtung. Die Halteeinrichtung hält die Flächenheizelemente derart, dass die Flächenheizelemente von einem zu beheizenden Fluid überströmt werden können. Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um Luft handeln, sodass die Heizeinrichtung als Luftheizer eingesetzt werden kann, beispielsweise als elektrische Zusatzheizung zum Beheizen von einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs zugeführter Luft. Das jeweilige Flächenheizelement umfasst einen Trägerkörper, auf welchem wenigstens ein Widerstandselement angeordnet ist. Zum Beheizen des Fluids ist das wenigstens eine Widerstandselement mit elektrischer Energie beaufschlagbar. Der Trägerkörper ist aus wenigstens einem Kunststoff gebildet. Dadurch kann auf eine gesonderte elektrische Isolationsschicht zwischen dem Trägerkörper und dem Widerstandselement verzichtet werden. Weil der Trägerkörper aus dem wenigstens einen Kunststoff gebildet ist, braucht also keine Isolationsfolie oder dergleichen zwischen dem Trägerkörper und dem Widerstandselement angeordnet zu werden. Daher ist die Heizeinrichtung besonders einfach aufgebaut.The heating device according to the invention comprises a plurality of electric surface heating elements and a holding device. The holding device holds the surface heating elements such that the surface heating elements can be overflowed by a fluid to be heated. The fluid may in particular be air, so that the heating device can be used as an air heater, for example as an electric booster heater for heating air supplied to a passenger compartment of a motor vehicle. The respective surface heating element comprises a carrier body on which at least one resistance element is arranged. For heating the fluid, the at least one resistance element can be acted upon by electrical energy. The carrier body is formed from at least one plastic. This makes it possible to dispense with a separate electrical insulation layer between the carrier body and the resistance element. Because the carrier body is formed from the at least one plastic, so no insulation film or the like between the carrier body and the resistance element needs to be arranged. Therefore, the heater is particularly simple.
Des Weiteren ist eine großflächige Anordnung des wenigstens einen Widerstandsheizelements auf dem Trägerkörper möglich, sodass eine sehr gute und rasche Beheizung des im Betrieb der Heizeinrichtung die Flächenheizelemente überströmenden Fluids erreicht werden kann. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu als Kaltleiter (PTC-Elemente) ausgebildeten Widerstandselementen, welche in aufwändiger Weise auf einen Trägerkörper aufzukleben sind und zusätzlich zum Abgeben der Wärme eine Anordnung von Wärmeableitungskörpern etwa in Form von gewellten Metallstreifen erforderlich machen. Auf derartige Wärmeableitungskörper kann vorliegend verzichtet werden, da bereits die flächigen Widerstandselemente der Heizeinrichtung für eine gute Wärmeabgabe an das Fluid im Betrieb der Heizeinrichtung sorgen. Auch dies trägt zum besonders einfachen Aufbau der Heizeinrichtung bei.Furthermore, a large-area arrangement of the at least one resistance heating element on the support body is possible, so that a very good and rapid heating of the fluid flowing over the surface heating elements during operation of the heating device can be achieved. This applies in particular in comparison to resistor elements designed as PTC elements, which are to be bonded in a complex manner to a carrier body and, in addition to the dissipation of the heat, require an arrangement of heat-dissipation bodies in the form of corrugated metal strips. In the present case, such heat-dissipating bodies can be dispensed with, since already the flat resistance elements of the heating device ensure good heat dissipation to the fluid during operation of the heating device. This also contributes to the particularly simple construction of the heater.
Dem einfachen Aufbau der Heizeinrichtung ist es des Weiteren zuträglich, dass der Trägerkörper aus dem wenigstens einen Kunststoff gebildet ist. Denn so lässt sich der Trägerkörper sehr einfach und aufwandsarm bereitstellen. Vorteilhaft zeichnet sich der Kunststoff weiterhin durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus.The simple structure of the heater, it is further beneficial that the carrier body is formed from the at least one plastic. Because so the carrier body can be very simple and little effort. Advantageously, the plastic is characterized by a high corrosion resistance.
Bevorzugt ist der Trägerkörper als Duroplast ausgebildet. Ein solcher Trägerkörper hat in Bezug auf die Heizeinrichtung gleich mehrere vorteilhafte Eigenschaften.Preferably, the carrier body is formed as a thermoset. Such a carrier body has several advantageous properties with respect to the heating device.
Zum Einen zeichnet sich der aus einem Duroplast gebildete Trägerkörper durch eine geringe Absorption von Feuchte aus, wodurch er allenfalls schwach quellbar ist. Dies ist für einen effizienten Heizbetrieb der Heizeinrichtung vorteilhaft. Des Weiteren ist der als Duroplast ausgebildete Trägerkörper bevorzugt weder schmelzbar noch löslich und hat eine hohe chemische Beständigkeit. Vorteilhaft ist des Weiteren der geringe Wärmeausdehnungskoeffizient des Trägerkörpers. Dies bringt eine hohe Maßstabilität mit sich, welche für den Heizbetrieb der Heizeinrichtung und für den Zusammenbau der Heizeinrichtung förderlich ist.On the one hand, the carrier body formed from a thermoset is characterized by a low absorption of moisture, whereby it is at most weakly swellable. This is advantageous for an efficient heating operation of the heater. Furthermore, the carrier body formed as thermoset is preferably neither fusible nor soluble and has a high chemical resistance. Furthermore, the low thermal expansion coefficient of the carrier body is advantageous. This brings a high degree of dimensional stability, which is conducive to the heating of the heater and for the assembly of the heater.
Zudem ist das Brandverhalten eines als Duroplast ausgebildeten Trägerkörpers vorteilhaft, und er hat eine hohe mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen bis in den Bereich von 180°C. Der Weiteren zeichnet sich auch der aus einem Duroplast gebildete Trägerkörper durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit aus.In addition, the fire behavior of a formed as a thermoset carrier body is advantageous, and he has a high mechanical strength at high Temperatures up to the range of 180 ° C. Furthermore, the carrier body formed from a thermoset is characterized by a high corrosion resistance.
Wenngleich also in Summe die Vorteile eines Duroplastes überwiegen, so können auch andere Kunststoffe zum Einsatz kommen, die zumindest einen Teil der für die Anwendung in der Heizeinrichtung vorteilhaften Eigenschaften aufweisen.Thus, although in sum the benefits of a thermoset outweigh, so can other plastics are used, which have at least a portion of the advantageous properties for use in the heater properties.
Durch die Verwendung des aus dem wenigstens einen Kunststoff gebildeten Trägerkörpers, von welcher das die elektrischen Flächenheizelemente überströmende Fluid die Wärme direkt abnimmt, fallen im Vergleich zu dem aus der
Zudem ist ein Fertigungsprozess zum Bereitstellen der Flächenheizelemente beziehungsweise der Heizeinrichtung besonders weitgehend vereinfacht. Beispielsweise kann das Aufbringen des wenigstens einen Widerstandselements auf den Trägerkörper mit einem gewünschten Layout sehr einfach automatisiert bewerkstelligt werden, beispielsweise durch ein Auftragen, insbesondere mittels einer Drucktechnik wie etwa Siebdrucken und/oder durch Sprühen beziehungsweise aufsprühen.In addition, a manufacturing process for providing the surface heating elements or the heating device is particularly largely simplified. For example, the application of the at least one resistance element to the carrier body with a desired layout can be accomplished very simply automatically, for example by application, in particular by means of a printing technique such as screen printing and / or by spraying or spraying.
Das Ausbilden des Trägerkörpers aus dem wenigstens einen Kunststoff ermöglicht es zudem auf besonders einfache Art und Weise, die Flächenheizelemente mit zusätzlichen Verwirbelungselementen zu versehen, welche dazu führen, dass das Fluid die Flächenheizelemente turbulent überströmt. Dadurch lässt sich der Wärmeübergang von den Flächenheizelementen auf das Fluid verbessern beziehungsweise der Luftdurchsatz im Betrieb der Heizeinrichtung im Hinblick auf die Wärmeübertragung auf das Fluid, insbesondere also auf die Luft optimieren.The formation of the carrier body from the at least one plastic also makes it possible in a particularly simple manner to provide the surface heating elements with additional turbulence elements, which cause the fluid to flow over the surface heating elements in a turbulent manner. As a result, the heat transfer from the surface heating elements to the fluid can be improved or the air flow rate during operation of the heating device can be optimized with regard to heat transfer to the fluid, in particular to the air.
Wie vorstehend beschrieben ist also der wenigstens eine Kunststoff vorzugsweise als Duroplast ausgebildet. Denn Duroplaste zeigen auch bei den im Heizbetrieb der Heizeinrichtung auftretenden hohen Temperaturen keine Erweichung. Ein derartiger Werkstoff behält also auch bei hohen Temperaturen seine mechanische Festigkeit. Als Duroplast können insbesondere Polyester und/oder ein Kunstharz zum Einsatz kommen. Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn in den wenigstens einen Kunststoff Verstärkungsfasern, beispielsweise Glasfasern, eingebettet sind. Auch dies ist einer hohen mechanischen Stabilität des Trägerkörpers zuträglich.As described above, therefore, the at least one plastic is preferably formed as a thermoset. Because thermosets show no softening even in the high temperatures occurring in the heating mode of the heater. Such a material thus maintains its mechanical strength even at high temperatures. As thermosetting polyester and / or a synthetic resin can be used in particular. As further advantageous, it has been shown, if in the at least one plastic reinforcing fibers, such as glass fibers, are embedded. This too is conducive to high mechanical stability of the carrier body.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Widerstandselement als auf zumindest eine Oberfläche des Trägerkörpers aufgebrachte Dispersion ausgebildet. Denn so lässt sich das wenigstens eine Widerstandselement aufwandsarm und einfach auf die Oberfläche des Trägerkörpers auftragen, beispielsweise durch Drucken, insbesondere Siebdrucken und/oder Sprühen, insbesondere Aufsprühen.The at least one resistance element is preferably designed as a dispersion applied to at least one surface of the carrier body. This is because the at least one resistance element can be applied with little effort and simply applied to the surface of the carrier body, for example by printing, in particular screen printing and / or spraying, in particular spraying.
Die Dispersion kann insbesondere in einem Dispersionsmittel verteilte Kohlenstoffpartikel umfassen. Die Verwendung einer solchen Kohlenstoffdispersion ist besonders einfach, da die Dispersion so lediglich eingetrocknet zu werden braucht, um eine gute Verbindung mit dem Trägerkörper aus Kunststoff zu erreichen. Beispielsweise kann das Trocknen bei einer Temperatur von etwa 150 Grad Celsius erfolgen. Der Fertigungsprozess ist dadurch deutlich einfacher als beispielsweise bei einem Einbrennen, welches beim Bereitstellen eines Widerstandselements in Dickschichttechnik erforderlich ist. Zusätzlich kann ein aufwendiges Kleben entfallen, wie es beim Anbringen eines PTC-Bausteins (PTC = positive temperature coefficient, positiver Temperaturkoeffizient) erforderlich ist.The dispersion may in particular comprise carbon particles distributed in a dispersion medium. The use of such a carbon dispersion is particularly simple since the dispersion only needs to be dried in order to achieve a good bond with the plastic carrier body. For example, drying may occur at a temperature of about 150 degrees Celsius. The manufacturing process is thereby significantly easier than, for example, in the case of a burn-in, which is required when providing a resistance element in thick-film technology. In addition, a complex gluing can be omitted, as is necessary when attaching a PTC module (PTC = positive temperature coefficient, positive temperature coefficient).
Beispielsweise kann das Dispersionsmittel wenigstens ein Acrylat umfassen, in welchem die Kohlenstoffpartikel verteilt sind. Eine Größe der Kohlenstoffpartikel ist bevorzugt kleiner als fünf Mikrometer. Insbesondere können die Kohlenstoffpartikel als Kohlenstoffnanoröhren ausgebildet sein. Jedoch auch eine Verwendung von Graphit beziehungsweise von aus Graphit gebildeten Kohlenstoffpartikeln ist möglich. Die vergleichsweise geringe Partikelgröße der Kohlenstoffpartikel führt dazu, dass sich eine sehr gleichmäßige Schichtdicke des Widerstandselements erreichen lässt. Dies führt im Betrieb der Heizeinrichtung zu einer besonders gleichmäßigen Erwärmung des Fluids beziehungsweise der Luft, also zu einer verbesserten Temperaturgleichmäßigkeit.For example, the dispersant may comprise at least one acrylate in which the carbon particles are dispersed. A size of the carbon particles is preferably less than five microns. In particular, the carbon particles may be formed as carbon nanotubes. However, it is also possible to use graphite or carbon particles formed from graphite. The comparatively small particle size of the carbon particles means that a very uniform layer thickness of the resistance element can be achieved. This results in the operation of the heater to a particularly uniform heating of the fluid or the air, so to an improved temperature uniformity.
Das wenigstens eine Widerstandselement ist vorzugsweise flächig auf zumindest eine Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht. Dadurch lässt sich sehr einfach sicherstellen, dass im Heizbetrieb der Heizeinrichtung elektrischer Strom durch das Widerstandselement fließt, selbst ohne dass eine hohe Präzision beim Aufbringen des wenigstens einen Widerstandselements auf den Trägerkörper erforderlich ist.The at least one resistance element is preferably applied flat on at least one surface of the carrier body. This makes it very easy to ensure that in the heating operation of the heater electrical current flows through the resistive element, even without a high precision when applying the at least one resistive element is required on the support body.
Zusätzlich oder alternativ kann das wenigstens eine Widerstandselement in Form einer Mehrzahl von separaten, elektrisch parallel und/oder elektrisch in Reihe geschalteten Bahnen auf die zumindest eine Oberfläche des Trägerkörpers aufgebracht sein. So lässt sich vermeiden, dass der elektrische Strom im Betrieb der Heizeinrichtung bevorzugt durch Teilbereiche eines flächigen Widerstandselements fließt, welche einen geringeren elektrischen Widerstand aufweisen als angrenzende Teilbereiche des flächigen Widerstandselements. Der gewünschte elektrische Widerstand des wenigstens einen Widerstandselements kann insbesondere durch Vorsehen einer bestimmten Schichtdicke des Widerstandselements eingestellt werden.Additionally or alternatively, the at least one resistance element in the form of a Plural of separate, electrically parallel and / or electrically connected in series tracks to be applied to the at least one surface of the carrier body. Thus, it can be avoided that the electric current during operation of the heating device preferably flows through partial areas of a planar resistance element which have a lower electrical resistance than adjacent partial areas of the planar resistance element. The desired electrical resistance of the at least one resistance element can be adjusted in particular by providing a specific layer thickness of the resistance element.
Vorzugsweise ist auf einer dem Fluid zugewandten Oberseite des wenigstens einen Widerstandselements eine elektrisch isolierende Schutzschicht angeordnet. So ist ein besonders gefahrloser Umgang mit der Heizeinrichtung möglich, insbesondere ist ein Berühren des Widerstandselements nicht mit einer Gefahr verbunden. Die Schutzschicht ist bevorzugt apolar und kann insbesondere Silikon aufweisen. Insbesondere kann die Schutzschicht als Silikonmischung ausgebildet sein, etwa als Silikonharz. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Schutzschicht frei von Lösungsmitteln ist. Es kann auch ein Zwei-Komponenten-Silikon, welches vorzugsweise frei von Lösungsmittel ist, zum Bereitstellen der Schutzschicht verwendet werden. Ein solches Zwei-Komponenten-Silikon umfasst einen Silikonkautschuk und ein Vernetzungsmittel. Durch eine derartige, insbesondere Silikon aufweisende Schutzschicht lässt sich sehr einfach eine gewünschte elektrische Isolierung des Widerstandselements erreichen.Preferably, an electrically insulating protective layer is arranged on an upper side of the at least one resistance element facing the fluid. Thus, a particularly safe handling of the heater is possible, in particular, a touch of the resistance element is not associated with a risk. The protective layer is preferably apolar and may in particular comprise silicone. In particular, the protective layer may be formed as a silicone mixture, for example as a silicone resin. Furthermore, it is preferred if the protective layer is free of solvents. Also, a two-component silicone, which is preferably solvent-free, may be used to provide the protective layer. Such a two-component silicone includes a silicone rubber and a crosslinking agent. By such, in particular silicone having protective layer can be achieved very easily a desired electrical insulation of the resistive element.
Bevorzugt liegt eine Dicke der Schutzschicht im Bereich zwischen 20 Mikrometern und 100 Mikrometern. Die Dicke der Schutzschicht kann insbesondere etwa 50 Mikrometer betragen. Eine Schutzschicht mit einer derartigen Dicke behindert die Wärmeabgabe der beispielsweise als Heizschichten ausgebildeten Widerstandsheizelemente nicht. Dennoch kann selbst mit einer solchen, sehr dünnen Schutzschicht eine Durchschlagsfestigkeit für eine Spannung von bis zu 1500 Volt gewährleistet werden. Insbesondere kann die Schutzschicht eine Durchschlagsfestigkeit von mindestens 15 Kilovolt pro Millimeter aufweisen.Preferably, a thickness of the protective layer is in the range between 20 microns and 100 microns. The thickness of the protective layer may in particular be about 50 micrometers. A protective layer having such a thickness does not hinder the heat dissipation of the resistance heating elements formed, for example, as heating layers. Nevertheless, even with such a very thin protective layer, a dielectric strength for a voltage of up to 1500 volts can be ensured. In particular, the protective layer may have a dielectric strength of at least 15 kilovolts per millimeter.
Eine sehr regelmäßige Schichtdicke der elektrisch isolierenden Schutzschicht ist erreichbar, wenn die Schutzschicht durch Siebdrucken und/oder Sprühen auf das Widerstandselement aufgebracht ist. Durch eine solche, gleichmäßige Dicke der Schutzschicht lässt sich eine lokale Überhitzung vermeiden beziehungsweise eine sehr gleichmäßige Wärmeabfuhr von dem Widerstandselement sicherstellen.A very regular layer thickness of the electrically insulating protective layer can be achieved if the protective layer is applied to the resistor element by screen printing and / or spraying. By such a uniform thickness of the protective layer can be a local overheating avoid or ensure a very uniform heat dissipation from the resistor element.
Vorzugsweise ist das wenigstens eine Widerstandselement mit einer auf zumindest einer Oberfläche des Trägerkörpers angeordneten Sammeleinrichtung elektrisch leitend verbunden, welche einen geringeren elektrischen Widerstand aufweist als das Widerstandselement. So kann der elektrische Strom über die Sammeleinrichtung dem Widerstandselement zugeführt und über eine weitere Sammeleinrichtung von dem Widerstandselement abgeführt werden. Die Sammeleinrichtung dient also der elektrischen Kontaktierung des Widerstandselements.Preferably, the at least one resistance element is electrically conductively connected to a collecting device arranged on at least one surface of the carrier body, which has a lower electrical resistance than the resistance element. Thus, the electric current can be supplied to the resistance element via the collecting device and be removed from the resistance element via a further collecting device. The collecting device thus serves the electrical contacting of the resistive element.
Als Sammeleinrichtung kann insbesondere ein flächig beziehungsweise in Bahnen auf den Trägerkörper aufbringbares Material verwendet werden, beispielsweise eine Silberleitplaste, ein hochleitfähiger Kunststoff, eine Kupferleitpaste, eine Kohlenstoffpartikel enthaltende Paste oder dergleichen. Durch die Verwendung eines solchen, pastösen Materials zum Bereitstellen der wenigstens einen Sammeleinrichtung lässt sich das Zuführen und Abführen von elektrischem Strom zu dem Widerstandselement beziehungsweise von dem Widerstandselement herstellungstechnisch besonders einfach realisieren. Dies kann etwa geschehen, indem das pastöse Material durch ein Druckverfahren, beispielsweise durch Siebdrucken, auf den Trägerkörper aufgebracht wird, wobei der elektrisch leitende Kontakt mit dem Widerstandselement hergestellt wird.As collecting means, in particular a material which can be applied to the carrier body in a planar manner or in webs can be used, for example a silver conductive paste, a highly conductive plastic, a copper conductive paste, a paste containing carbon particles or the like. By using such a pasty material to provide the at least one collecting device, the supply and removal of electrical current to the resistive element or from the resistive element can be realized in a particularly simple manner in terms of production technology. This can be done, for example, by the pasty material is applied by a printing process, for example by screen printing, on the carrier body, wherein the electrically conductive contact is made with the resistive element.
Vorzugsweise ist die Sammeleinrichtung mit einem an der Halteeinrichtung angeordneten elektrischen Leiter elektrisch leitend verbunden. Beispielsweise kann als elektrischer Leiter ein Metallblech beziehungsweise ein Metallstreifen, ein Kabel oder dergleichen in ein Material der Halteeinrichtung eingespritzt oder hineingedrückt beziehungsweise gestanzt sein. Der elektrische Leiter dient also dem Zuführen beziehungsweise Abführen des elektrischen Stroms und kann beispielsweise aus Kupfer gebildet sein und/oder aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen.Preferably, the collecting device is electrically conductively connected to an electrical conductor arranged on the holding device. For example, as an electrical conductor, a metal sheet or a metal strip, a cable or the like may be injected into a material of the holding device or pressed or punched. The electrical conductor thus serves to supply or dissipate the electric current and may be formed, for example, of copper and / or of an aluminum alloy or the like.
Insbesondere kann der elektrische Leiter eine zu einer Stromversorgung beziehungsweise Spannungsquelle führenden Leitung und wenigstens ein Federelement umfassen, welches mit der Leitung verbunden ist, beispielsweise mit der Leitung verlötet ist. Durch das Vorsehen wenigstens eines solchen Federelements kann erreicht werden, dass der elektrische Leiter unter Ausbildung einer Flächenpressung mit der Sammeleinrichtung verbunden ist.In particular, the electrical conductor may include a leading to a power supply or voltage source line and at least one spring element which is connected to the line, for example, is soldered to the line. By providing at least one such spring element can be achieved that the electrical conductor is connected to form a surface pressure with the collecting device.
Beispielsweise kann ein vorgebogenes Metallteil mit der elektrischen Leitung verbunden sein, und das vorgebogene Metallteil, durch welches das Federelement gebildet ist, drückt aufgrund der mechanischen Spannung des Federelements gegen die Sammeleinrichtung. So kann eine sehr zuverlässige elektrische Kontaktierung der Flächenheizelemente sichergestellt werden.For example, a pre-bent metal part may be connected to the electrical line, and the pre-bent metal part, through which the spring element is formed, presses against the collector due to the mechanical tension of the spring element. So can be a very reliable electrical contacting of the Flächenheizelemente be ensured.
Zusätzlich oder alternativ kann der elektrische Leiter stoffschlüssig mit der Sammeleinrichtung verbunden sein. Beispielsweise kann der elektrische Leiter durch Kleben, mittels einer Leitpaste, insbesondere Silberleitpaste, durch Löten und/oder Lasern mit der Sammeleinrichtung verbunden sein. Hierfür können Anschlüsse des elektrischen Leiters eine Kontaktfläche aufweisen, an welcher die stoffschlüssige Verbindung mit der Sammeleinrichtung hergestellt ist.Additionally or alternatively, the electrical conductor may be materially connected to the collecting device. By way of example, the electrical conductor can be connected to the collecting device by gluing, by means of a conductive paste, in particular silver conductive paste, by soldering and / or lasers. For this purpose, terminals of the electrical conductor may have a contact surface on which the cohesive connection is made with the collecting device.
Eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem elektrischen Leiter und der Sammeleinrichtung kann des Weiteren bereitgestellt werden, indem beispielsweise ein elektrisch hochleitfähiges Silikon die Sammeleinrichtung einerseits und eine in der Halteeinrichtung angeordnete elektrische Leitung, etwa in Form eines Metallblechs, eines Metallstreifens und/oder eines Kabels andererseits kontaktiert. Das elektrisch leitfähige Silikon kann mittels eines Dosiergeräts und somit automatisch an der gewünschten Stelle aufgebracht werden.A cohesive connection between the electrical conductor and the collecting device can furthermore be provided, for example by an electrically highly conductive silicone contacting the collecting device on the one hand and an electrical line arranged in the holding device, for example in the form of a metal sheet, a metal strip and / or a cable. The electrically conductive silicone can be applied by means of a metering device and thus automatically at the desired location.
Des Weiteren ist eine elektrische Kontaktierung der Sammeleinrichtung mittels eines Ringkontaktelements möglich. Hierfür kann in dem Kunststoffmaterial des Trägerkörpers ein Loch beziehungsweise eine Durchgangsöffnung ausgebildet sein, durch welche ein Metallstift hindurchgeführt ist, welcher zu einer Seite oder zu beiden Seiten über den Trägerkörper übersteht. An einem solchen Metallstift kann ein ringförmiges Kontaktelement angebracht werden, welches dann mit einer Mutter und/oder durch Clipsen beziehungsweise Klammern und/oder durch Kleben, durch Verstemmen oder dergleichen befestigt werden kann.Furthermore, an electrical contacting of the collecting device by means of a ring contact element is possible. For this purpose, in the plastic material of the carrier body, a hole or a through hole may be formed, through which a metal pin is passed, which projects beyond the carrier body to one side or to both sides. On such a metal pin, an annular contact element can be attached, which can then be attached to a nut and / or by clips or clips and / or by gluing, by caulking or the like.
Zur elektrischen Kontaktierung der Sammeleinrichtung kann des Weiteren ein beispielsweise durch Stanzen hergestelltes Metallteil in der Halteeinrichtung derart angeordnet sein, dass das Metallteil mit der Sammeleinrichtung in Kontakt ist und durch das Metallteil ein mit einer elektrischen Leitung verbindbarer Anschluss bereitgestellt ist.For electrical contacting of the collecting device, a metal part, for example produced by punching, can furthermore be arranged in the holding device such that the metal part is in contact with the collecting device and a connection which can be connected to an electrical line is provided by the metal part.
Aufgrund der Ausbildung des Trägerkörpers aus Kunststoff kann auch durch das Kunststoffmaterial ein, insbesondere an einem Ende eine Verdickung aufweisender, Stift oder Stab bereitgestellt werden, welcher durch die Sammeleinrichtung hindurchtritt. An einem solchen Stift oder Stab kann ein ringförmiges Kontaktelement angebracht werden, etwa indem das ringförmige Kontaktelement durch Clipsen an dem die Verdickung aufweisenden Stift oder Stab befestigt wird. So kann auf besonders einfache Weise ein elektrischer Kontakt zwischen der Sammeleinrichtung und dem ringförmigen Kontaktelement des elektrischen Leiters hergestellt werden. Insbesondere ist so auch eine einfache mechanische Lösbarkeit des elektrischen Kontakts gegeben.Due to the design of the carrier body made of plastic can be provided by the plastic material, in particular at one end a thickening having, pin or rod, which passes through the collecting device. An annular contact element may be attached to such a pin or bar, such as by attaching the annular contact element to the pin or bar having the thickening by clipping. Thus, an electrical contact between the collecting device and the annular contact element of the electrical conductor can be produced in a particularly simple manner. In particular, this also gives a simple mechanical solubility of the electrical contact.
Zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einer elektrischen Spannungsversorgung beziehungsweise Spannungsquelle und der Sammeleinrichtung kann auch ein Bondingverfahren zum Einsatz kommen, etwa in Form von Aluminiumbonding und/oder Kupferbonding. Dabei werden mehrere dünne Aluminiumlitzen oder Kupferlitzen verteilt über die Breite der Sammeleinrichtung aufgelötet, die dann den Strom gebündelt einem elektrischen Leiter zuführen. Vorteilhaft ist so die Sammeleinrichtung nicht nur an einer Stelle kontaktiert und eine einzelne fehlerhafte Kontaktierung beeinträchtigt die Stromführung kaum. Als Bonding Methode kann beispielsweise das Thermosonic Bonding oder vorzugweise das Ultraschall-Bonding verwendet werden. Durch die niedrige Betriebstemperatur ist ein solches Bondingverfahren deutlich vorteilhafter im Vergleich zum Löten, welches bei Temperaturen stattfindet, die deutlich über 200°C liegen, und welche daher den Kunststoffträger zerstören oder beschädigen könnten.
Des Weiteren können, insbesondere nietförmige, Stifte als Kontaktelemente des elektrischen Leiters zum Einsatz kommen, welche etwa durch Goldbonden, Dickdrahtbonden, insbesondere Aluminium-Dickdrahtbonden, und dergleichen mit der Sammeleinrichtung verbunden werden können.For producing an electrically conductive connection between an electrical voltage supply or voltage source and the collecting device, a bonding method may also be used, for example in the form of aluminum bonding and / or copper bonding. In this case, several thin aluminum strands or copper strands distributed over the width of the collector are soldered, which then bundled the stream out an electrical conductor. Advantageously, the collecting device is contacted not only at one point and a single faulty contacting hardly affects the power supply. As a bonding method, for example, the thermosonic bonding or preferably the ultrasonic bonding can be used. Due to the low operating temperature, such a bonding method is significantly more advantageous compared to soldering, which takes place at temperatures well above 200 ° C, and therefore could destroy or damage the plastic substrate.
Furthermore, pins, in particular rivet-shaped pins, can be used as contact elements of the electrical conductor, which can be connected to the collecting device by gold bonding, thick-wire bonding, in particular aluminum thick-wire bonding, and the like.
Vorzugsweise sind die Flächenheizelemente austauschbar an der Halteeinrichtung gehalten. Dadurch lassen sich beispielsweise bei einem Ausfall die betroffenen Flächenheizelemente einfach ersetzen. Dies erhöht die Wartungsfreundlichkeit beziehungsweise Reparaturfreundlichkeit der Heizeinrichtung.Preferably, the surface heating elements are held exchangeably on the holding device. As a result, for example, in case of failure, the surface heating elements concerned can be easily replaced. This increases the ease of maintenance or repair friendliness of the heater.
Beispielsweise können die Flächenheizelemente in Nuten eingeschoben sein, welche einerseits in einem Basisteil der Halteeinrichtung und andererseits in einem Deckelteil der Halteeinrichtung ausgebildet sind. So ist eine sichere und zugleich zerstörungsfrei lösbare Anordnung der Flächenheizelemente an der Halteeinrichtung erreicht.For example, the surface heating elements can be inserted into grooves, which are formed on the one hand in a base part of the holding device and on the other hand in a cover part of the holding device. Thus, a secure and at the same time non-destructively detachable arrangement of the surface heating elements is achieved on the holding device.
Insbesondere durch die Anordnung der Nuten kann jedoch auch eine Ausrichtung der Flächenheizelemente vorgegeben werden. Beispielsweise können die Flächenheizelemente schräg oder sogar senkrecht zur Anströmrichtung, also zur Strömungsrichtung des die Heizeinrichtung durchströmenden Fluids angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Flächenheizelemente jedoch parallel zur Strömungsrichtung des Fluids angeordnet. Denn so lässt sich eine besonders gute Wärmeübertragung auf das an den Flächenheizelementen vorbeiströmende Fluid erreichen.However, in particular by the arrangement of the grooves, an orientation of the surface heating elements can also be specified. For example, the surface heating elements can be arranged obliquely or even perpendicular to the inflow direction, ie to the flow direction of the fluid flowing through the heating device. Preferably, however, the surface heating elements are arranged parallel to the flow direction of the fluid. This is because a particularly good heat transfer to the fluid flowing past the surface heating elements can be achieved.
Bei einer Anordnung der Flächenheizelemente schräg, insbesondere senkrecht, zu der Strömungsrichtung des Fluids können auch mehrere relativ zueinander versetzt angeordnete Flächenheizelemente beziehungsweise plattenförmige Trägerkörper mit dem wenigstens einen Widerstandselement in Strömungsrichtung des Fluids durch die Heizeinrichtung hintereinander angeordnet sein. Jedoch auch bei einer Anordnung des Flächenheizelemente parallel zu der Strömungsrichtung können in Strömungsrichtung hintereinander mehrere der Flächenheizelemente versetzt zueinander angeordnet sein, um eine gute Wärmeübertragung von den Flächenheizelementen auf das vorbeiströmende Fluid zu erreichen. In an arrangement of the Flächenheizelemente obliquely, in particular perpendicularly, to the flow direction of the fluid and a plurality of relatively staggered surface heating elements or plate-shaped carrier body can be arranged with the at least one resistive element in the flow direction of the fluid through the heater in a row. However, even with an arrangement of the surface heating elements parallel to the flow direction, several of the surface heating elements can be arranged offset one behind the other in the flow direction in order to achieve good heat transfer from the surface heating elements to the fluid flowing past.
Die Halteeinrichtung kann nach Art eines Rahmens ausgebildet sein, an welchem die bevorzugt plattenartigen Flächenheizelemente angeordnet sind, insbesondere austauschbar angeordnet sind. Ein solcher Rahmen kann insbesondere das Basisteil und das Deckelteil umfassen, sodass die Halteeinrichtung modular aufgebaut sein kann. Als Material für die Halteeinrichtung kann insbesondere ein Kunststoff zum Einsatz kommen, beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder wenigstens ein Polyamid, beispielsweise PA6.6 beziehungsweise PA66. Dies macht auch das Bereitstellen der Halteeinrichtung besonders aufwandsarm und kostengünstig.The holding device may be designed in the manner of a frame on which the preferably plate-like surface heating elements are arranged, in particular are arranged interchangeable. Such a frame may in particular comprise the base part and the cover part, so that the holding device may be modular. In particular, a plastic may be used as the material for the holding device, for example polybutylene terephthalate (PBT) and / or at least one polyamide, for example PA6.6 or PA66. This also makes the provision of the holding device particularly inexpensive and inexpensive.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das jeweilige Flächenheizelement zumindest ein elektrisches Sicherungselement umfasst. Beispielsweise kann als Sicherungselement eine Schmelzsicherung vorgesehen sein, oder es kann eine Schmelzpaste zum Einsatz kommen, welche mit dem Widerstandselement in elektrisch leitendem Kontakt ist. Denkbar ist es auch, dass die Schmelzsicherung durch einen Abschnitt des als Heizschicht ausgebildeten Widerstandselements oder der Sammeleinrichtungen selbst gebildet ist.Finally, it has proven to be advantageous if the respective surface heating element comprises at least one electrical fuse element. For example, can be provided as a fuse element, a fuse, or it can be used a melt paste, which is in electrical contact with the resistive element. It is also conceivable that the fuse is formed by a portion of the resistive element formed as a heating layer or the collecting means itself.
Wenn auf jedem Trägerkörper oder Trägerstreifen eine derartige Schmelzsicherung vorhanden ist, so betrifft ein Ausfall nur einen einzigen Trägerstreifen, und die übrigen Flächenheizelemente können ihre Funktion weiterhin erfüllen.If such a fuse is present on each carrier or carrier strip, a failure affects only a single carrier strip, and the remaining surface heating elements can continue to perform their function.
Insbesondere als Sicherungselement, welches nur temporäre Temperaturerhöhungen über ein kritisches Maß hinaus verhindern soll kann ein Kaltleiter (PTC-Element), insbesondere ein rückstellbarer PPTC (polymeric positive temperature coefficient) zum Einsatz kommen.In particular, as a fuse element, which is intended to prevent only temporary temperature increases beyond a critical level addition, a PTC thermistor (PTC element), in particular a resettable PPTC (polymeric positive temperature coefficient) can be used.
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. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder von diesen abweichen.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention. Thus, embodiments are also included and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained. Thus, embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed which do not have all the features of an originally formulated independent claim. Moreover, embodiments and combinations of features, in particular by the embodiments set out above, are to be regarded as disclosed which go beyond the feature combinations set out in the back references of the claims or deviate therefrom.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 schematisch einen Lufterhitzer mit Flächenheizelementen, welche parallel zur Strömungsrichtung der den Lufterhitzer im Betrieb durchströmenden Luft ausgerichtet sind; -
2 schematisch eine Anordnung von als Heizflächen ausgebildeten Widerstandselementen auf einem jeweiligen Trägerkörper der Flächenheizelemente des Lufterhitzers gemäß1 ; -
3 eine weitere Möglichkeit der Anordnung von Heizbahnen auf dem Trägerkörper; -
4 eines der Flächenheizelemente des Lufterhitzers, wobei die Heizfläche mittels einer Schutzschicht abgedeckt ist; -
5 eine schematische Schnittansicht eines der Flächenheizelemente und die elektrische Kontaktierung desselben; -
6 Metallfedern zum elektrischen Kontaktieren der Flächenheizelemente; -
7 weitere Möglichkeiten der elektrischen Kontaktierung der Flächenheizelemente; -
8 die Verwendung eines elektrischen leitfähigen Silikons zum Kontaktieren der Flächenheizelemente; -
9 weitere Komponenten, welche dem elektrischen Kontaktieren der Flächenheizelemente des Lufterhitzers dienen; -
10 in einer Schnittansicht eine weitere Möglichkeit der elektrischen Kontaktierung der Flächenheizelemente; -
11 eine Variante der elektrischen Kontaktierung, bei welcher ein Kontaktring mit einem Stift elektrisch leitend verbunden wird, indem der Stift verstemmt wird; und -
12 ein Sicherungselement zur elektrischen Absicherung des Lufterhitzers.
-
1 schematically an air heater with surface heating elements, which are aligned parallel to the flow direction of the air heater in operation flowing through the air; -
2 schematically an arrangement of heating elements designed as heating elements on a respective carrier body of the surface heating of the air heater according to1 ; -
3 a further possibility of arranging heating tracks on the carrier body; -
4 one of the surface heating elements of the air heater, wherein the heating surface is covered by a protective layer; -
5 a schematic sectional view of the surface heating elements and the electrical contacting thereof; -
6 Metal springs for electrically contacting the surface heating elements; -
7 further possibilities of electrical contacting of the surface heating elements; -
8th the use of an electrically conductive silicone to contact the surface heating elements; -
9 other components which serve to electrically contact the surface heating elements of the air heater; -
10 in a sectional view, a further possibility of electrical contacting of the surface heating elements; -
11 a variant of the electrical contact in which a contact ring is electrically connected to a pin by the pin is caulked; and -
12 a fuse element for electrical protection of the air heater.
Des Weiteren kann die zu erhitzende Luft im Betrieb des Lufterhitzers
Vorliegend sind die Flächenheizelemente
Gemäß beispielsweise
Wie aus
Auch aus
Der Trägerkörper
Aus
Des Weiteren ist aus
Die Schutzschicht
Aus
Zur elektrischen Kontaktierung der als Stromsammler beziehungsweise Sammeleinrichtungen dienenden Leiterbahnen
Wie insbesondere aus der schematischen Darstellung in
Auch aus
Aus
Durch
Eine weitere Möglichkeit der Kontaktierung der Leiterbahnen
In
Bei einer weiteren Variante tritt der Metallstift
Die Leiterbahnen
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10032099 C1 [0002, 0013]DE 10032099 C1 [0002, 0013]
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