DE102018116747B4

DE102018116747B4 - Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018116747B4
Application number: DE102018116747.4A
Authority: DE
Inventors: Sisay Tadele; Helmut Hoppe; Alexander Dauth; Ralph Appl; Steffen Geiger; Riza Oguz
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2038-07-12
Also published as: DE102018116747A1

Abstract

Beschrieben wird eine Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug, mit einer Leiterplatte (8), die in einem Gehäuse (3) angeordnet ist und eine Steuerschaltung trägt, und mehreren Heizstäben (1) , die elektrisch an die Steuerschaltung angeschlossen sind, wobei die Heizstäbe (1) über einen oder mehrere Blechstreifen (10) an die Steuerschaltung angeschlossen sind, die mit Anschlusselementen (5, 6) der Heizstäbe (1) verschweißt sind, und die Leiterplatte (8) eine Unterseite, die einem der Enden der Heizstäbe (1) zugewandt ist, aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Leiterplatte (8) eine Oberseite mit Kontaktfeldern aufweist, über welche die Blechstreifen (10) an die Steuerschaltung angeschlossen sind, wobei jeder Blechstreifen (10) jeweils mit einem Kontaktstück (12) verschweißt ist, das neben der Leiterplatte angeordnet ist, wobei das Kontaktstück (12) mit einem Metallband (11) verschweißt ist, welches das Kontaktstück (12) mit einem der Kontaktfelder der Leiterplatte (8) verbindet.

Description

Die Erfindung geht von einer Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen aus. Eine solche Heizvorrichtung ist beispielsweise aus EP 2 346 302 A1 bekannt. Weitere vergleichbare Heizvorrichtungen gehen aus EP 2 226 586 A1 , DE 102 16 010 A1 und EP 1 998 406 A1 hervor.
Heizvorrichtungen zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug werden zur Beheizung der Fahrgastzelle verwendet. Derartige Heizvorrichtungen weisen in der Regel mehrere Heizstäbe auf, die PTC-Widerstände enthalten und aus denen Anschlusselemente herausragen. Üblicherweise sind diese Anschlusselemente wie bei der aus der DE 103 33 451 B4 bekannten Heizvorrichtung als Kontaktzungen ausgebildet, die durch eine Steckverbindung elektrisch an die Steuerschaltung angeschlossen sind. Solche Steckverbindungen von Kontaktzungen mit einer auf einer Leiterplatte angeordneten Steuerschaltung sind aufwändig und erfordern relativ viel Platz auf der Leiterplatte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie Heizstäbe einer Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms mit geringerem Aufwand und wenig Platzbedarf an eine Steuerschaltung angeschlossen werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung sind die Heizstäbe über Blechstreifen an die Steuerschaltung angeschlossen, die mit Anschlusselementen der Heizstäbe verschweißt sind. Schweißverbindungen lassen sich kompakt und kostengünstig herstellen. Aufwändige Steckverbindungen zum Kontaktieren der Heizstäbe können so vermieden werden.
Die Heizvorrichtung kann für herkömmliche Bordnetzspannungen von etwa 12 V ausgelegt sein oder auch für höhere Spannungen von bis zu einigen Hundert V und mehr. Bei Niedervoltsystem von z.B. 12 V muss der Masseanschluss eines Heizstabs nicht elektrisch isoliert werden, so dass beispielsweise ein Rohrgehäuse des Heizstabs zur Massekontaktierung der Heizwiderstände genutzt werden kann. Bei einem Heizstab für niedrige Spannungen genügt deshalb ein einziges Anschlusselement. In einem solchen Fall können alle Heizstäbe über einen einzigen Blechstreifen kontaktiert werden, der mit den Anschlusselementen von allen Heizstäben verschweißt ist. Es ist aber auch möglich, Heizstäbe zu Gruppen zusammenzufassen, die jeweils von einem Blechstreifen kontaktiert werden. Dann können wahlweise alle Heizstäbe oder nur eine oder mehrere der Gruppen bestromt werden.
Bei Hochvoltsystemen müssen die Masseanschlüsse elektrisch isoliert werden, so dass jeder Heizstab zusätzlich zu einem Potentialanschluss auch einen Masseanschluss aufweist. Die Potentialanschlüsse werden dann mit einem ersten Blechstreifen und die Masseanschlüsse mit einem zweiten Blechstreifen verschweißt. Dabei können die Heizstäbe wie vorstehend beschrieben in Gruppen zusammenfasst werden, die jeweils mit unterschiedlichen ersten Blechstreifen kontaktiert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Heizstäbe ein Rohrgehäuse aufweisen, in dem ein oder mehrere PTC-Widerstände angeordnet sind. Die Anschlusselemente können in diesem Fall von Kontaktblechen gebildet werden, die aus dem Rohrgehäuse herausragen und außerhalb des Rohrgehäuses mit Blechstreifen verschweißt sind.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich der oder die Blechstreifen an einer den Heizstäben zugewandten Unterseite der Leiterplatte entlang über einen Rand der Leiterplatte hinaus erstrecken. Die Leiterplatte wird von dem oder den Blechstreifen dann an einer Oberseite kontaktiert, die von den Heizstäben abgewandt ist. Die Steuerschaltung ist bevorzugt auf der Oberseite angeordnet, kann aber auch ganz oder teilweise auf der Unterseite der Leiterplatte angeordnet sein. Um die Leiterplatte an ihrer Oberseite zu kontaktieren, können der oder die Blechstreifen um den Rand der Leiterplatte herumgebogen sein. Bevorzugt ist aber, dass der oder die Blechstreifen neben der Leiterplatte enden und von dort ein Metallband, z.B. ein weiterer Blechstreifen zu der Oberseite der Leiterplatte führt.
Blechstreifen und Metallband können dabei kontaktiert werden, indem diese jeweils mit einem neben der Leiterplatte angeordneten Kontaktstück verschweißt werden. Dieses Kontaktstück ist bevorzugt an dem Gehäuse befestigt, z.B. mit ihm verklebt. Alternativ kann das Metallband aber auch direkt auf den Blechstreifen geschweißt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug
2 eine Detailansicht der Heizvorrichtung bei geöffnetem Gehäuse ohne Leiterplatte;
3 eine Detailansicht der Heizvorrichtung bei geöffnetem Gehäuse mit Leiterplatte;
4 eine Detailansicht zu 3; und
5 eine weitere Detailansicht der Heizvorrichtung bei geöffnetem Gehäuse und abgenommener Leiterplatte.

Die in 1 gezeigte Heizvorrichtung dient zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug und kann beispielsweise als Teil einer Klimaanlage zur Beheizung der Fahrgastzelle eingesetzt werden. Die Heizvorrichtung enthält mehrere Heizstäbe 1, beispielsweise drei bis acht Heizstäbe, die jeweils mit Wärmeabgabeelementen 2 verbunden sind, beispielsweise auf die Heizstäbe aufgeschobenen Blechlamellen. Die Wärmeabgabeelemente 2 können aber auch integral mit den Heizstäben 1 ausgebildet werden, wie dies beispielsweise aus der DE 10 2006 018 784 B4 bekannt ist.
Die Heizstäbe 1 ragen mit ihren anschlussseitigen Enden in ein Gehäuse 3 hinein, in dem sie an eine Steuerschaltung zur Steuerung der Heiztätigkeit angeschlossen sind. 2 zeigt eine Ansicht des geöffneten Gehäuses 3 ohne die Steuerschaltung. Darin sind die Enden der Heizstäbe 1 zu sehen, die durch Öffnungen in einem Boden des Gehäuses 3 hindurchragen. Diese Öffnungen können abgedichtet sein, um ein Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Die Heizstäbe 1 können ein Rohrgehäuse 4 aufweisen, aus dem Anschlusselemente 5, 6 herausragen. In den Heizstäben 1 sind elektrische Heizwiderstände angeordnet, beispielsweise keramische PTC-Widerstände.
3 zeigt einen Ausschnitt der Heizvorrichtung mit geöffnetem Gehäuse 3. In dem Gehäuse 3 aus Kunststoff ist eine Leiterplatte 8 angeordnet, welche die Steuerschaltung trägt. Die Leiterplatte 8 bedeckt die in das Gehäuse 3 hineinragenden Enden der Heizstäbe 1, weshalb diese in 3 nicht zu sehen sind.
Die Heizstäbe 1 sind an die Leiterplatte 8 und somit an die Steuerschaltung über Blechstreifen 10 angeschlossen. 4 zeigt eine Detailansicht zu 3. Darin ist ein Blechstreifen 10 zu sehen, der entlang einer der Unterseite der Leiterplatte 8 verläuft. Die Unterseite der Leiterplatte 8 ist dem Boden des Gehäuses 3 und somit den anschlussseitigen Enden der Heizstäbe 1 zugewandt. 5 zeigt eine Ansicht ähnlich 2, also die Heizvorrichtung mit geöffnetem Gehäuse 3 und ohne Leiterplatte 8. Im Unterschied zu 2 ist darin aber der Blechsteifen 10 dargestellt, über den die Heizstäbe 1 an die Leiterplatte 8 und somit an die Steuerschaltung angeschlossen sind. Der Blechstreifen 10 ist mit den Anschlusselementen 5 der Heizstäbe 1 verschweißt. Die Verschweißungen sind außerhalb der Rohrgehäuse 4 der Heizstäbe 1. Ein weiterer Blechstreifen, der nicht dargestellt ist, wird mit den weiteren Anschlusselementen 6 der Heizstäbe 1 verschweißt und ebenfalls elektrisch an die Leiterplatte 8 angeschlossen.
Der Blechstreifen 10 verläuft entlang der Unterseite der Leiterplatte 8 und ragt über deren Rand hinaus. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Blechstreifen 10 nicht direkt mit der Leiterplatte 8 verbunden, sondern elektrisch leitend mit einem Metallband 11 verbunden, das zu der Leiterplatte 8 führt.
Der Blechstreifen 10 kann dazu direkt mit dem Metallband verbunden werden, z.B. durch Verschweißen. Aus Fertigungsgründen ist es aber vorteilhaft, den Blechstreifen 10 mit einem am Gehäuse 10 befestigten Kontaktstück 12, d.h. einem Metallteil, etwa einem Klotz, zu verschweißen und auch das Metallband 11 mit dem Kontaktstück 12 zu verschweißen. Auf diese Weise sind unerwünschte Bewegungen des Blechstreifens 10 sowie des Metallbands 11 weitgehend unterbunden.
Das Metallband 11 kann mit einem Kontaktfeld der Leiterplatte 8 bzw. einem darauf angebrachten Schweißkontakt 13 verschweißt sein. Der Schweißkontakt 13 kann bei der Bestückung der Leiterplatte 8 auf diese aufgelötet werden. Der zweite Blechstreifen, der in 5 nicht dargestellt ist und mit den anderen Anschlusselementen 6 der Heizstäbe 1 verschweißt ist, kann auf entsprechende Weise an die Leiterplatte 8 und somit an die Steuerschaltung angeschlossen werden.
Das Kontaktstück 12 kann beispielsweise auch in Form einer Kontaktschiene ausgeführt sein, etwa aus Gründen der Stromtragfähigkeit oder der Vibrationsfestigkeit. So kann die durch das Metallband 11 überbrückte Distanz verkürzt werden.
Die Anschlusselemente 5, 6 der Heizstäbe 1 können Abschnitte von Kontaktblechen sein, zwischen denen PTC-Widerstände in den Heizstäben 1 angeordnet sind. Solche Kontaktbleche können beispielsweise aus Aluminiumbasislegierungen oder Kupferbasislegierungen hergestellt. Eine gute Verschweißbarkeit lässt sich erreichen, indem die Blechstreifen 10, Metallbänder 11, Kontaktstücke 12 und Schweißkontakte 13 aus Aluminium- oder Kupferbasislegierungen hergestellt sind.
Bezugszeichenliste

1: Heizstab
2: Wärmeabgabeelemente
3: Gehäuse
4: Rohrgehäuse
5: Anschlusselement
6: Anschlusselement
8: Leiterplatte
10: Blechstreifen
11: Metallband
12: Kontaktstück
13: Schweißkontakt

Claims

Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug, mit einer Leiterplatte (8), die in einem Gehäuse (3) angeordnet ist und eine Steuerschaltung trägt, und mehreren Heizstäben (1) , die elektrisch an die Steuerschaltung angeschlossen sind, wobei die Heizstäbe (1) über einen oder mehrere Blechstreifen (10) an die Steuerschaltung angeschlossen sind, die mit Anschlusselementen (5, 6) der Heizstäbe (1) verschweißt sind, und die Leiterplatte (8) eine Unterseite, die einem der Enden der Heizstäbe (1) zugewandt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (8) eine Oberseite mit Kontaktfeldern aufweist, über welche die Blechstreifen (10) an die Steuerschaltung angeschlossen sind, wobei jeder Blechstreifen (10) jeweils mit einem Kontaktstück (12) verschweißt ist, das neben der Leiterplatte angeordnet ist, wobei das Kontaktstück (12) mit einem Metallband (11) verschweißt ist, welches das Kontaktstück (12) mit einem der Kontaktfelder der Leiterplatte (8) verbindet.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Blechstreifen (10) mit Potenzialanschlüssen (5) der Heizstäbe (1) und ein zweiter Blechstreifen mit Masseanschlüssen (6) der Heizstäbe (1) verschweißt ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehrere erste Blechstreifen (10), über die jeweils ein Teil der Heizstäbe (1) an die Steuerschaltung angeschlossenen ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstreifen (10) aus einer Aluminiumbasislegierung oder einer Kupferbasislegierung sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Blechstreifen (10) entlang der Leiterplatte (8) erstrecken.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechstreifen (10) seitlich über die Leiterplatte (8) herausragen.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ende der Heizstäbe (1) in dem Gehäuse (3) angeordnet ist und die Heizstäbe (1) aus dem Gehäuse (3) herausragen.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizstäbe (1) ein Rohrgehäuse (4) aufweisen, aus dem die Anschlusselemente (5, 6) der Heizstäbe (1) herausragen.