DE102018108407A1

DE102018108407A1 - Elektrisches Heizgerät

Info

Publication number: DE102018108407A1
Application number: DE102018108407.2A
Authority: DE
Inventors: Helmut Schmidt; Fritz Wegener
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2019-10-10
Also published as: WO2020030306A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät, insbesondere Flüssigkeitsheizgerät, vorzugsweise Wasserheizgerät, für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend ein Innenteil (13) aus Metall, insbesondere Druckguss, und ein das Innenteil (13) umgebendes Gehäuse (12) aus Kunststoff, wobei zwischen Innenteil (13) und Gehäuse (12) zumindest ein Hohlraum (15) zum Durchleiten eines zu erwärmenden Fluids, insbesondere von Wasser, ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät, insbesondere Flüssigheizgerät.
Elektrische Heizgeräte für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt. In EP 2 797 382 A1 wird beispielsweise ein Wasserheizer mit einem Gehäuse, das Rohranschlüsse für den Anschluss von wasserführenden Rohren aufweist und eine Zirkulationskammer umschließt, in die wenigstens eine mit einem elektrischen Heizelement versehene Heizrippe hineinragt, beschrieben. Die Zirkulationskammer ist dabei von einem aus Kunststoff gebildeten Gehäuseunterteil umgeben, dass durch einen die Heizrippe ausbildenden Gehäusedeckel aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff abgedeckt ist.
Grundsätzlich ist es weiterhin bekannt, dass Wärmeübertragerteile als Druckgussteil für einen Fluidstrom oder als beispielsweise verlötete Blechbaugruppe für zwei Fluidströme ausgebildet sein können.
Eine Herstellung mittels Druckguss-Verfahren ist grundsätzlich kostengünstig, weist jedoch auch gewisse Nachteile auf. Zunächst sind derartige Druckgussteile aufgrund von oftmals vergleichsweise großen erforderlichen Wandstärken vergleichsweise schwer. Eine Werkzeugstandzeit ist vergleichsweise niedrig, was insbesondere bei großen Stückzahlen problematisch ist. Für Hohlräume sind aufwändige Verbindungen erforderlich. Grundsätzlich ist der Baubedarf, insbesondere bei einem flächigen Heizelement, vergleichsweise groß.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Heizgerät für ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, vorzuschlagen, das kostengünstig in der Herstellung und gleichzeitig möglichst effizient während des Betriebes ist, insbesondere im Hinblick auf die Anwendung in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug vorzuschlagen, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes oder eines Fahrzeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges, ein Verfahren zum Herstellen eines Heizgerätes oder die Verwendung eines Heizgerätes.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein elektrisches Heizgerät, insbesondere Flüssigkeitsheizgerät, vorzugsweise Wasserheizgerät, für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, gelöst, wobei das elektrische Heizgerät ein Innenteil aus Metall, insbesondere Druckguss, und ein das Innenteil umgebendes Gehäuse aus Kunststoff umfasst, wobei zwischen Innenteil und Gehäuse zumindest ein Hohlraum zum Durchleiten eines zu erwärmenden Fluids, insbesondere von Wasser, ausgebildet ist. Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin ein elektrisches Heizgerät vorzuschlagen, das ein Innenteil aus Metall (Druckguss) umfasst und ein das Innenteil umgebendes Gehäuse aus Kunststoff. Dadurch, dass das Gehäuse aus Kunststoff gebildet wird, kann dieses einfach hergestellt werden. Dennoch können die Vorteile eines Metallteils (insbesondere Druckgussteils) für das Innenteil genutzt werden. Das Innenteil kann dann (insbesondere ohne Hinterschnitte bzw. ohne die Verwendung von Schiebern während des Druckgusses), ggf. ohne Nachbearbeitung, auf einfache Art und Weise hergestellt werden. Weiterhin wurde erkannt, dass eine nötige Versteifung bzw. Druckbeständigkeit des Heizgerätes auch dadurch erreicht werden kann, dass das Kunststoff-Gehäuse an einem Halter befestigt wird, der dann zumindest zur Steifigkeit bzw. Druckbeständigkeit (während der Verwendung) beitragen kann.
Erfindungsgemäß ist das Gehäuse aus Kunststoff ausgebildet, was insbesondere bedeutet, dass mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-%, weiter vorzugsweise mindestens 90 Gew.-% des Gehäuses aus einem oder mehreren Kunststoff(en) aufgebaut sind. Vorzugsweise sind mehr als 50 Gew.-%, weiter vorzugsweise mindestens 80 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 90 % einer Außenfläche des Gehäuses durch Kunststoff gebildet. Der Kunststoff kann mindestens ein Polymer oder Copolymer umfassen, beispielsweise ein Polyolefin, wie Polypropylen und/oder Polyethylen, und/oder eine Polyamid.
Das Gehäuse ist vorzugsweise (zumindest im Wesentlichen) geschlossen, abgesehen von Öffnungen, insbesondere zum Durchleiten von Fluid und/oder zum Durchleiten von elektrischem Strom (zur Energieversorgung) und/oder von Signalen (Steuersignalen) und/oder zum Durch- bzw. Einführen von Befestigungsmitteln, wie beispielsweise Schrauben oder Stiften. Sämtliche Öffnungen können einen Durchmesser aufweisen, der kleiner als 8 cm , vorzugsweise kleiner als 4 cm, noch weiter vorzugsweise kleiner als 2,5 cm ist. Eine Gesamt-Fläche sämtlicher Öffnungen im Gehäuse kann kleiner als 10 %, vorzugsweise kleiner als 5 % einer gesamten Außenfläche (ohne die Öffnungen) betragen. Das Gehäuse kann eine zumindest im Wesentlichen quaderförmige, insbesondere abgeflacht quaderförmige Form aufweisen. Ein Fluideingang und ein Fluidausgang kann an derselben Wand des Gehäuses angeordnet sein (oder alternativ auf verschiedenen Wänden). Das Gehäuse kann weiterhin eine Rippen- bzw. Gitterstruktur (insbesondere an seiner Außenseite) aufweisen, vorzugsweise zur Versteifung des Gehäuses und/oder zur Erhöhung von dessen Druckbeständigkeit. Die Gitter- bzw. Rippenstruktur kann Befestigungseinrichtungen, wie beispielsweise Aufnahmen für Schrauben, Stifte (oder dergleichen) aufweisen.
In einer konkreten Ausführungsform ist das elektrische Heizgerät ein Flüssigkeitsheizgerät, also ein Heizgerät zur Erwärmung einer Flüssigkeit (die dann wiederum beispielsweise zur Erwärmung eines Gases, insbesondere von Luft, beispielsweise eines Fahrzeuginnenraums) verwendet werden kann. Konkret kann das elektrische Heizgerät ein Wasserheizgerät sein, was bedeutet, dass es ausgelegt ist, um Wasser (ggf. vermischt mit Zusatzstoffen, die jedoch insbesondere weniger als 50 %, vorzugsweise weniger als 20 % eines GesamtGewichts des dann vorliegenden Gemisches ausmachen) aufzuheizen.
Eine Wärmeübertragungsfläche kann (zumindest überwiegend, ggf. ausschließlich) durch das Innenteil ausgebildet werden. Unter einer Wärmeübertragungsfläche ist diejenige Fläche zu verstehen, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch erwärmt ist/wird und deren Wärme auf das zu heizende Fluid übertragen wird. Unter einer zumindest überwiegenden Ausbildung der Wärmeübertragungsfläche ist eine Ausbildung von mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 90 % derjenigen Fläche zu verstehen, die beim Gebrauch des elektrischen Heizgerätes (unmittelbar) in Berührung mit dem zu erwärmenden Fluid kommt.
Grundsätzlich kann/können (eine) den/die Hohlraum/-räume definierende (Hüll-)Fläche(n) durch das Innenteil ausgebildet werden, wobei hier eine überwiegende Ausbildung durch das Innenteil einer Ausbildung von mindestens 60 %, vorzugsweise mindestens 80 % dieser (Hüll-)Fläche(n) bedeuten kann. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Innenteil mit entsprechenden flächenvergrößerten Strukturen (Lamellen, Rippen oder dergleichen) ausgestattet ist.
Das Innenteil ist erfindungsgemäß aus Metall ausgebildet, was bedeutet, dass das Innenteil vorzugsweise zu mehr als 50 Gew.-%, weiter vorzugsweise zu mindestens 80 Gew.-%, noch weiter vorzugsweise zu mindestens 90 Gew.-% aus Metall, insbesondere Druckguss, gefertigt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Metall um Aluminium oder um eine Aluminiumlegierung. Alternativ oder zusätzlich kann auch Eisen oder eine Eisenlegierung zum Einsatz kommen.
Das Innenteil weist vorzugsweise mindestens eine Fluidleitstruktur auf. In konkreten Ausführungsformen kann das Innenteil eine Vielzahl von Fluidleitkanälen (die beispielsweise durch Rippen und/oder Lamellen voneinander abgetrennt sind) ausbilden.
Das Innenteil kann aus mehreren Stücken aufgebaut sein oder einstückig, insbesondere monolithisch, aufgebaut sein.
Vorzugsweise weist das Gehäuse eine Halte- und/oder Versteifungsvorrichtung, insbesondere zur Befestigung des Heizgerätes auf. Die Halte- und/oder Versteifungsvorrichtung kann eine oder mehrere Versteifungsrippe(n) und/oder eine oder mehrere Befestigungseinrichtung(en), beispielsweise eine oder mehrere Aufnahmen für eine oder mehrere Schrauben (Schraubgewinde) oder Stifte oder dergleichen, aufweisen. Die Halte- und/oder Versteifungsvorrichtung, insbesondere deren Versteifungsrippe(n) und/oder deren Befestigungseinrichtung(en) können zur Versteifung und/oder (Erhöhung der) Druckbeständigkeit eines Hauptkörpers des Gehäuses (bzw. eines Hauptkörpers des weiter unten beschriebenen Gehäusedeckels und/oder des weiter unten beschriebenen Gehäuseunterteils) ausgebildet sein. Die Versteifungsrippen können beispielsweise in einem Kreuzmuster verlaufen. Weiterhin können Versteifungsrippe(n) und/oder Befestigungseinrichtung(en) integral in dem Gehäuse ausgebildet sein bzw. in dem entsprechenden Gehäuseteil, an/in dem diese angeordnet sind. Insgesamt kann damit auf einfache Art und Weise eine ausreichende Beständigkeit des elektrischen Heizgerätes im (Dauer-) Betrieb ermöglicht werden.
In Ausführungsformen kann das Gehäuse mindestens oder genau zwei Gehäuseteile, insbesondere einen Gehäusedeckel und ein Gehäuseunterteil (eine Gehäuseunterschale), aufweisen. Die Gehäuseteile sind vorzugsweise miteinander (insbesondere per Infrarotverschweißung) verschweißt. Alternativ können die Gehäuseteile auch miteinander verklebt oder sonst wie (insbesondere dicht) miteinander verbunden werden.
Das erste und/oder das zweite Gehäuseteil kann (jeweils) einen Verbindungsflansch aufweisen. Die Verbindungsflansche werden/sind vorzugsweise miteinander verschweißt (infrarotverschweißt).
Das Innenteil kann durch eine Verbindung, insbesondere Verschweißung (Infrarotverschweißung) der Gehäuseteile, innerhalb des Gehäuses (insbesondere klemmend) gehalten sein/werden.
Ein Fluideingang und/oder Fluidausgang kann in einem der mehreren Gehäuseteile, insbesondere in dem Gehäuseunterteil (Gehäuseunterschale) vorgesehen sein.
Das Innenteil kann auf einem (Verbindungs-)Flansch eines Gehäuseteils, insbesondere des Gehäuseunterteils, aufliegen.
Der mindestens eine Hohlraum zum Durchleiten des Fluids kann zwischen dem Innenteil und einem der mehreren Gehäuseteile, insbesondere dem Gehäuseunterteil, angeordnet sein.
In einem der mehreren Gehäuseteile, insbesondere im Gehäusedeckel, kann mindestens ein Anschluss zum Zuführen von elektrischer Energie und/oder eines (Steuer-) Signals angeordnet sein.
Der Gehäusedeckel kann eine Steuereinrichtung (insbesondere zum Steuern eines elektrischen Heizelements) aufnehmen.
Grundsätzlich können das Innenteil sowie die (beispielsweise zwei) Gehäuseteile den Hohlraum zum Durchleiten des wärmeaufnehmenden Fluids ausbilden sowie einen weiteren Hohlraum zur Aufnahme von elektrischen/elektronischen Komponenten, wie beispielsweise elektrischen/elektronischen Verbindungsleitungen und/oder einer Steuereinrichtung. Konkret können Gehäuseunterteil und Innenteil den Hohlraum zum Durchleiten des Fluids bilden und Gehäusedeckel und Innenteil (andererseits) den weiteren Hohlraum für die elektrischen/elektronischen Komponenten. Die beiden Hohlräume können gegeneinander fluiddicht abgeschlossen sein. Es ist auch denkbar, dass zwei oder mehr Hohlräume miteinander fluidleitend verbunden sind.
Das erste und/oder zweite Gehäuseteil kann/können wannenförmig ausgebildet sein. Wannenhöhen des ersten und zweiten Gehäuseteils können zumindest ungefähr gleich sein (was insbesondere bedeutet, dass eine Wannenhöhe des ersten Gehäuseteils mindesten 70 % und/oder höchsten 130 % einer Wannenhöhe des zweiten Gehäuseteils beträgt). Die entsprechenden Wannenformen können sich einander zuwenden, zur Ausbildung des Gehäuses.
Das Innenteil kann eine Basisplatte aufweisen, auf der ggf. (z.B. rippen- oder lamellenartige) Vorsprünge zur Ausbildung von Fluidleitkanälen vorgesehen sind.
Das Innenteil kann ggf. hinterschnittfrei ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist in oder an dem elektrischen Heizgerät, insbesondere auf dem Innenteil mindestens ein elektrisches Heizelement, insbesondere elektrisches Schichtheizelement, angeordnet. Alternativ kann das Heizelement auch als Rohrheizelement ausgebildet sein. Unter einem Rohrheizelement ist insbesondere ein mäandrierendes und/oder schrauben- und/oder spiralförmig verlaufendes Element eines (ggf. dichten, also ohne innere Fluidkanäle ausgebildeten) elektrischen Leiters zu verstehen. Ein Schichtheizelement ist insbesondere ein Heizelement, bei dem ein elektrischer Leiter flächig (über beispielsweise mindestens 5 cm² oder 10 cm²) auf einem Untergrund (hier insbesondere in Form des Innenteils) aufgetragen ist und zur Aufheizung mit elektrischem Strom beaufschlagt wird.
Das Schichtheizelement kann unmittelbar oder mittelbar, insbesondere über eine Isolationsschicht vermittelt, aufgebracht sein. Eine Isolationsschicht kann beispielsweise durch eine Haftvermittlerschicht gebildet werden oder über eine solche (beispielsweise auf dem Innenteil) angebracht sein. Bevorzugt kann für die Isolationsschicht ein Polymermaterial oder ein keramisches Mateiral (z. B. Al₂O₃) verwendet werden. Die Isolierschicht kann jedoch auch durch eine Passivierung, insbesondere ein Oxidieren, insbesondere Eloxieren (von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung), vorzugsweise einer Oberfläche, beispielsweise des Innenteils, bereitgestellt werden.
Das Schichtheizelement ist vorzugsweise flächig (vollflächig) auf dem Innenteil aufgebracht. Das Schichtheizelement und/oder eine ggf. vorhandene Isolationsschicht können eine (zumindest im Wesentlichen) konstante Schichtdicke aufweisen. Das Schichtheizelement und/oder die ggf. vorhandene Isolationsschicht kann/können per se forminstabil (bzw. nicht-selbsttragend) ausgebildet sein. Auf ein Substrat kann eventuell verzichtet werden, so dass das Schichtheizelement (und die optionale Isolationsschicht) ggf. frei von einem Substrat ausgebildet werden. Eine ggf. notwendige Trage- und/oder Stützstruktur kann durch das Innenteil bereitgestellt werden. Grundsätzlich kann das Schichtheizelement stoffschlüssig mit dem Innenteil verbunden werden.
In Ausführungsformen kann das Schichtheizelement als durchgehende (insbesondere unstrukturierte und/oder ununterbrochene) Schicht ausgebildet sein. Das Schichtheizelement kann alternativ strukturiert ausgebildet sein, beispielsweise ein oder mehrere (insbesondere mäandrierend verlaufende) Streifen (die ggf. voneinander isoliert sind) aufweisen. Das Schichtheizelement hat vorzugsweise eine Höhe (Dicke) von mindestens 5 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und/oder höchstens 1 mm, vorzugsweise höchstens 500 µm, noch weiter vorzugsweise höchstens 50 µm.
Eine durch das Schichtheizelement definierte Leiterbahn kann mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 5 mm breit sein. Unter „breit“ soll die Ausdehnung der Leiterbahn senkrecht zu ihrer Längserstreckung (die üblicherweise auch die Richtung des Stromflusses definiert) verstanden werden.
Das elektrische Heizelement, insbesondere elektrische Schichtheizelement kann für den Hochvoltbereich, insbesondere für mindestens 100 Volt oder mindestens 500 Volt ausgelegt sein oder alternativ für den Niedervoltbereich, vorzugsweise für weniger als 100 Volt, vorzugsweise weniger als 60 Volt oder weniger als 50 Volt (Gleichstrom).
Das Schichtheizelement kann im Allgemeinen mindestens einen Abschnitt aufweisen, innerhalb dessen in zwei aufeinander senkrechten Richtungen über einen Weg von mindestens 1 cm, vorzugsweise mindesten 2 cm, noch weiter vorzugsweise mindestens 4 cm keine Unterbrechungen in dem Schichtheizelement vorliegen. Beispielsweise kann das Schichtheizelement mindestens einen rechteckförmigen Abschnitt mit einer Länge und einer Breite von je mindestens 1 cm, vorzugsweise mindesten 2 cm, noch weiter vorzugsweise mindestens 4 cm umfassen, innerhalb dessen keine Unterbrechungen oder ggf. sonstigen Strukturen in dem Schichtheizelement vorliegen. Unter einer „Unterbrechung“ innerhalb des Schichtheizelementes ist ein Abschnitt zu verstehen, durch den kein Strom fließen kann, beispielsweise da dieser Abschnitt (gänzlich) frei von Material bleibt und/oder (zumindest teilweise) durch einen Isolator ausgefüllt ist. Das Schichtheizelement kann (thermisch) aufgespritzt werden (unabhängig davon, ob sie unstrukturiert oder strukturiert ist, im Endzustand).
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Schichtheizelement als strukturierte Schicht ausgebildet. Das Schichtheizelement wird dabei vorzugsweise durch ein Maskierverfahren (vorzugsweise unter Verwendung von Silikon, das geprägt werden kann) strukturiert. Derartige bekannte Maskierverfahren, erlauben eine zufriedenstellende Strukturierung und sind weniger aufwändig als beispielsweise Laserverfahren zur Strukturierung, die gerade im Hochvoltbereich eingesetzt werden. Insgesamt werden daher auf synergistische Art und Weise die Vorteile eines Maskierverfahrens im Hinblick auf das vorliegende Schichtheizelement ausgenutzt.
Die oben beschriebene Isolierschicht kann eine Dicke von mindestens 50 µm, vorzugsweise mindestens 200 µm und/oder höchstens 1000 µm, vorzugsweise höchstens 500 µm betragen.
In einer alternativen Ausführungsform ist über dem Schichtheizelement eine Schutzabdeckung, beispielsweise eine Silikon-Schutzschicht, angebracht.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, vorzugsweise Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend ein elektrisches Heizgerät der obigen Art.
Die obige Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes der obigen Art oder eines Fahrzeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges, der obigen Art, wobei Fluid (insbesondere eine Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser) durch einen Fluideingang in den mindestens einen Hohlraum einströmt und aus diesem durch einen Fluidausgang mit erhöhter Temperatur ausströmt. Das aus dem Hohlraum ausströmende Fluid wird vorzugsweise zur Aufwärmung eines Innenraums eines Fahrzeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges, vorzugsweise einer Fahrgastzelle und/oder zur Erwärmung eines Antriebselementes, insbesondere Motors, verwendet. Weitere Verfahrensmerkmale ergeben sich aus der Beschreibung des elektrischen Heizgerätes bzw. Fahrzeuges weiter oben.
Weiterhin wird die obige Aufgabe insbesondere durch ein Verfahren zum Herstellen eines Heizgerätes der obigen Art oder eines Fahrzeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges der obigen Art gelöst, wobei das Gehäuse durch Verbinden, insbesondere Verschweißen, vorzugsweise Infrarotverschweißen von mindestens oder genau zwei Gehäuseteilen hergestellt wird. Das Innenteil wird vorzugsweise durch Druckguss, vorzugsweise hinterschnittfrei bzw. ohne Schieber, hergestellt. Das Innenteil wird vorzugsweise beim Verbinden (Verschweißen, insbesondere Infrarotverschweißen) der Gehäuseteile zwischen diesen eingeklemmt. Weitere Herstellungs- und Verfahrensmerkmale ergeben sich aus der obigen Beschreibung des elektrischen Heizgerätes bzw. Fahrzeuges.
Die obige Aufgabe wird weiterhin insbesondere durch die Verwendung eines Heizgerätes der obigen Art als Vorwärmeinrichtung und/oder Heizeinrichtung, ggf. Zuheizeinrichtung, in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, vorzugsweise Hybrid- oder Elektrofahrzeug gelöst.
Ausführungsgemäß umfasst das elektrische Heizgerät einen Wärmeübertrager, der ein Metallteil (Druckgussteil) und ein Kunststoffteil umfasst. Eine Geometrie (Struktur) zur Fluidführung und/oder für den Wärmeübergang befindet sich vorzugsweise am Metallteil (Druckgussteil). Der notwendige Hohlraum kann dabei durch ein einfaches Kunststoffteil geschlossen werden. Eine Druckbeständigkeit des Systems (Heizgerätes) kann dadurch erreicht werden, dass eine Befestigung des Heizgerätes auf der Kunststoffseite des Wärmeübertragers (Heizgerätes) liegt. Dadurch ist es möglich, einen Halter zur Versteifung des Heizgerätes bzw. dessen Kunststoffgehäuses zu nutzen, so dass auf kostengünstige und konstruktiv einfache Art und Weise ein druckbeständiges System hergestellt werden kann. Das Heizgerät kann durch eine (Infrarot-)Verschweißung von Kunststoffteilen (insbesondere einer Kunststoffunterschale bzw. des Gehäuseunterteils mit einem Gehäusedeckel) (vollständig) geschlossen werden. Dabei kann das Metallteil (Aluminiumteil) zwischen die (verschweißten) Flansche der Kunststoffteile geklemmt werden. Insgesamt wird dadurch ein einfaches, kosteneffizientes Metallteil (Druckgussteil) ermöglicht, das ggf. ohne Schieber und/oder ohne Nachbearbeitung (beispielsweise Spanen) hergestellt werden kann. Das Kunststoffteil ist einfach in der Herstellung und kann ggf. (per se) nichtdruckbeständig sein. Die Druckbeständigkeit kann dann insbesondere durch einen Halter erreicht werden. Damit wird ein geringer Materialeinsatz ermöglicht.
Das Fluidheizgerät bzw. dessen Gehäuse kann eine Höhe aufweisen, die weniger als 20 % einer Länge und/oder weniger als 40 % einer Breite entspricht. Unter einer „Länge“ soll insbesondere die Ausdehnung des Luftheizgerätes (des Gehäuses) in Einströmrichtung verstanden werden (also der Richtung des durch einen Fluideingang einströmenden Fluids während des Betriebs). Unter einer „Breite“ kann die Ausdehnung verstanden werden, die sich in einer Richtung ergibt, die durch eine Verbindungslinie zwischen Fluideingang und Fluidausgang definiert wird. Die Höhe kann demzufolge eine Ausdehnung sein, die senkrecht zu einer durch die Länge definierten Richtung und einer durch die Breite definierten Richtung ist. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei Länge und Breite um Ausdehnungen in zueinander senkrechten Richtungen handeln, wobei beide Richtungen bezogen auf einen eingebauten Zustand des Heizgerätes horizontal verlaufen. Bei der „Höhe“ kann es sich um eine Ausdehnrichtung handeln, die im eingebauten Zustand des Heizgerätes vertikal verläuft.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, das anhand der Abbildungen näher erläutert wird. Hierbei zeigen:

1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäßen Heizgerätes;
2 eine Explosionsansicht von Komponenten des Heizgerätes gemäß 1;
3 eine weitere Explosionsansicht von Komponenten des Heizgerätes gemäß 1.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Heizgerät in einer Schrägansicht. Das Heizgerät umfasst einen Gehäusedeckel 10 (aus Kunststoff) und ein Gehäuseunterteil 11 (Schale) aus Kunststoff (siehe insbesondere auch 2). Gemeinsam bilden Gehäusedeckel 10 und Gehäuseunterteil (Kunststoffschale) 11 ein Gehäuse 12 aus Kunststoff.
Innerhalb des Gehäuses 12 ist (siehe 2) ein Innenteil 13 vorgesehen, das ausführungsgemäß aus Aluminium (als Druckgussteil) ausgebildet sein kann.
Über einen Fluideingang 14 (Wassereintritt) kann Fluid (Wasser) in einen Hohlraum 15 (siehe 2) des Heizgerätes einströmen; über einen Fluidausgang 16 kann das Fluid wiederum ausströmen. Durch eine Erwärmung innerhalb des Hohlraums 15 kann dann das ausströmende Fluid zur Erwärmung weiterer Komponenten und/oder Räume (beispielsweise einer Fahrgastzelle) verwendet werden.
Der Hohlraum 15 befindet sich hier zwischen dem Innenteil 13 und dem Gehäuseunterteil 11. Zwischen dem Innenteil 13 und dem Gehäusedeckel 10 befindet sich ein weiterer Hohlraum, nämlich ein Unterbringungshohlraum 17. In diesem Unterbringungshohlraum 17 können beispielsweise elektrische/elektronische Komponenten wie beispielsweise eine elektronische Steuereinrichtung angeordnet sein. Weiterhin sind elektrische Anschlüsse 18 vorgesehen, über die eine elektrische Energieversorgung bzw. (Steuer-) Signale zugeführt werden können.
In 3 ist eine fluidleitende Struktur 33 (wasserführende Geometrie) für die Wärmeübertragung an dem Innenteil 13 (bzw. einer Unterseite desselben) erkennbar.
Das Gehäuse 12 bzw. dessen Bestandteile Gehäusedeckel 10 und Gehäuseunterteil 11 weisen Verstärkungsrippen 19 auf, die hier (vorzugsweise) eine Verstärkungsgitterstruktur 20 ausbilden. Innerhalb von einzelnen Verstärkungsrippen 19 bzw. der Verstärkungsgitterstruktur 20 sind (siehe 3) Befestigungseinrichtungen (insbesondere vorzugsweise zylindrische Aufnahmen) 21 vorgesehen, in die Befestigungsmittel (Schrauben oder Stifte oder dergleichen, insbesondere zumindest im wesentlichen zylindrische Befestigungsmittel) 22 eingeführt werden können. Die Befestigungsmittel 22 können auch in entsprechende Befestigungseinrichtungen (insbesondere vorzugsweise zylindrische Aufnahmen) 23 des Innenteils 13 eingeführt werden. Die Befestigungseinrichtungen 21 und 23 fluchten vorzugsweise miteinander. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine sichere Verbindung von Gehäuseunterteil 11 und Innenteil 13 sowie ein sicheres Halten an einem (nicht gezeigten) Halter erfolgen.
Die fluidleitende Struktur 33 umfasst vorzugsweise eine Vielzahl (von mindestens 5 oder mindestens 10) Stegen oder Rippen 24, die beispielsweise senkrecht zu einer Einströmrichtung, definiert durch die Strömungsrichtung des Fluids durch den Fluideingang 14 während des Betriebs, ausgerichtet sein können. Die Stege oder Rippen 24 erstecken sich von einer Basisplatte 26 des Innenteils 13 aus in Richtung des Gehäuseunterteils 11 und bilden Fluidleitkanäle 32 aus.
Weiterhin ist auf einer (dem Gehäusedeckel zugewandten) Fläche der Basisplatte 26 ein Schichtheizelement 25 angeordnet (nicht im Detail dargestellt).
Der Gehäusedeckel 10 weist einen Flansch 27 auf, das Gehäuseunterteil 11 einen Flansch 28. Ein Rand 29 der Basisplatte 26 ist zwischen den Flanschen 27, 28 angeordnet und weist vorzugsweise (insbesondere unterseitige) Vor- und/oder Rücksprünge 30, 31 auf, um einen Formschluss insbesondere mit dem Flansch 28 zu ermöglichen. Der Rand 29 liegt vorzugsweise auf dem Flansch 28 auf und wird durch diesen (hängend) abgestützt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste

10: Gehäusedeckel
11: Gehäuseunterteil
12: Gehäuse
13: Innenteil
14: Fluideingang
15: Hohlraum
16: Fluidausgang
17: Unterbringunshohlraum
18: elektrischer Anschluss
19: Verstärkungsrippe
20: Verstärkungsgitterstruktur
21: Befestigungseinrichtung
22: Befestigungsmittel
23: Befestigungseinrichtung
24: Rippe
25: Schichtheizelement
26: Basisplatte
27: Flansch
28: Flansch
29: Rand
30: Vorsprung
31: Rücksprung
32: Fluidleitkanal
33: fluidleitende Struktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2797382 A1 [0002]

Claims

Elektrisches Heizgerät, insbesondere Flüssigkeitsheizgerät, vorzugsweise Wasserheizgerät, für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, umfassend ein Innenteil (13) aus Metall, insbesondere Druckguss, und ein das Innenteil (13) umgebendes Gehäuse (12) aus Kunststoff, wobei zwischen Innenteil (13) und Gehäuse (12) zumindest ein Hohlraum (15) zum Durchleiten eines zu erwärmenden Fluids, insbesondere von Wasser, ausgebildet ist.
Elektrisches Heizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmeübertragungsfläche zumindest überwiegend durch das Innenteil (13) ausgebildet ist.
Elektrisches Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine den mindestens einen Hohlraum definierende Fläche überwiegend durch das Innenteil (13) ausgebildet ist.
Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (13) mindestens eine Fluidleitstruktur, mit vorzugsweise einer Vielzahl von Fluidleitkanälen (32), ausbildet.
Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) eine Halte- und/oder Versteifungsvorrichtung, insbesondere zur Befestigung des Heizgerätes aufweist, wobei die Halte-und/oder Versteifungsvorrichtung vorzugsweise eine oder mehrere Versteifungsrippe(n) (19) und/oder eine oder mehrere Befestigungseinrichtung(en) (32), vorzugsweise eine oder mehrere Aufnahmen für eine oder mehrere Schrauben oder Stifte, umfasst und/oder vorzugsweise zur Versteifung und/oder Druckbeständigkeit eines Hauptkörpers des Gehäuses (12) ausgebildet ist.
Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) mindestens oder genau zwei Gehäuseteile (10, 11), insbesondere einen Gehäusedeckel (10) und ein Gehäuseunterteil (11), insbesondere eine Gehäuseunterschale, aufweist, wobei die Gehäuseteile (10, 11) vorzugsweise miteinander, insbesondere per Infrarotverschweißung, verschweißt sind.
Elektrisches Heizgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Gehäuseteil (10, 11) einen Verbindungsflansch (28, 28) aufweisen, wobei die Verbindungsflansche vorzugsweise miteinander verschweißt sind und/oder das Innenteil (13) durch eine Verbindung, insbesondere Verschweißung, der Gehäuseteile (10, 11), innerhalb des Gehäuses (12), insbesondere klemmend, gehalten ist und/oder ein Fluideingang (14) und/oder Fluidausgang (16) in einem der mehreren Gehäuseteile, insbesondere in dem Gehäuseunterteil (11) vorgesehen ist und/oder wobei das Innenteil (13) auf einem Flansch (28) eines Gehäuseteils (11), insbesondere des Gehäuseunterteils (11) aufliegt und/oder wobei der Hohlraum (15) zum Durchleiten des Fluids zwischen dem Innenteil (13) und einem der mehreren Gehäuseteile (10, 11), insbesondere dem Gehäuseunterteil (11) angeordnet ist und/oder wobei in einem der mehreren Gehäuseteile, insbesondere im Gehäusedeckel (10), mindestens ein Anschluss (18) zum Zuführen von elektrischer Energie und/oder eines (Steuer-)Signals angeordnet ist und/oder wobei der Gehäusedeckel eine Steuereinrichtung aufnimmt.
Elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Heizgerät, insbesondere auf dem Innenteil (13) mindestens ein elektrisches Heizelement (25), insbesondere elektrisches Schichtheizelement, angeordnet ist.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, vorzugsweise Hybrid- oder Elektrofahrzeug, umfassend ein elektrisches Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8 oder eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeuges nach Anspruch 9, wobei Fluid, insbesondere ein Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, durch einen Fluideingang (15) in den mindestens einen Hohlraum einströmt und aus diesem durch einen Fluidausgang (16) mit erhöhter Temperatur ausströmt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dem Hohlraum (15) ausströmende Fluid zur Aufwärmung eines Innenraumes eines Kraftfahrzeuges, insbesondere einer Fahrgastzelle und/oder zur Erwärmung eines Antriebselementes, insbesondere Motors, verwendet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Heizgerätes nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8 oder eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeuges nach Anspruch 9, wobei das Gehäuse (12) durch Verbinden, insbesondere Verschweißen, vorzugsweise Infrarotverschweißen, von mindestens oder genau zwei Gehäuseteilen (10, 11) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenteil (13) beim Verbinden der Gehäuseteile (10, 11) zwischen diesen eingeklemmt wird.
Verwendung eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 als Vorwärmeinrichtung und/oder Heizeinrichtung, ggf. Zuheizeinrichtung, in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, vorzugsweise Hybrid- oder Elektrofahrzeug.