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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffheizeinrichtung für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen der Kraftstoffheizeinrichtung.
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Eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine weist üblicherweise für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine einen separaten Injektor auf. Eine Kraftstoffheizeinrichtung kann an dem jeweiligen Injektor eingesetzt werden, um den Kraftstoff vorzuheizen und über den jeweiligen Injektor direkt in den Zylinder einzuspritzen. Dadurch können vergleichsweise geringe Kraftstoffmengen vorgeheizt und die zum Vorheizen des Kraftstoffs erforderliche Energie sowie Zeit reduziert werden. In der Kraftstoffheizeinrichtung können insbesondere Kraftstoffe mit einer niedrigen Volatilität - wie beispielsweise Bio-Kraftstoffe auf Basis von Ethanol oder Methanol - vorgeheizt werden, die bei niedrigen Umgebungstemperaturen nur schwer verdunsten und dadurch auch schwer entzündbar sind. Derartige Kraftstoffheizeinrichtungen sind beispielsweise aus
US 2010/078507 A1 ,
US 6,109,543 oder
US 2015/300300 A1 bekannt.
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In der Kraftstoffheizeinrichtung werden zum Vorheizen des Kraftstoffs üblicherweise keramische PTC-Heizelemente (Positive Temperature Coefficient-Heizelemente) verwendet. Um die PTC-Heizelemente von dem Kraftstoff zu schützen, sind diese in einem üblicherweise metallischen Wärmeübertrager festgelegt und mit diesem wärmeleitend kontaktiert - beispielsweise an den Wärmeübertrager angepresst. Auf diese Weise kann die in den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme über den Wärmeübertrager in den Kraftstoff abgegeben werden. Nachteiligerweise ist beim Herstellen und auch im Betrieb der Kraftstoffheizeinrichtung der großflächige wärmeleitende Kontakt zwischen den PTC-Heizelementen und dem Wärmeübertrager wegen Wärmedehnung oder Verformung oder der Flächenrauheit der PTC-Heizelemente und des Wärmeübertragers nur schwer sicherzustellen. Ferner sind der Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten einer derartigen Kraftstoffheizeinrichtung vergleichsweise hoch.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für eine Kraftstoffheizeinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein geeignetes Verfahren zum Herstellen der Kraftstoffheizeinrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine gattungsgemäße Kraftstoffheizeinrichtung weist einen metallischen Wärmeübertrager und wenigstens ein PTC-Heizelement auf und ist für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine geeignet. Der Wärmeübertrager weist dabei einen Übertragerinnenraum und mehrere Außenrippen zur direkten Wärmeübertragung an einen den Wärmeübertrager umströmenden Kraftstoff auf. Eine Wärmetauschfläche des wenigstens einen PTC-Heizelement steht dabei mit einer dem Übertragerinnenraum zugewandten Übertragerinnenwand des Wärmeübertragers in Kontakt. Ferner weist die Kraftstoffheizeinrichtung einen in den Übertragerinnenraum eingesetzten Kontaktierungsträger mit einer Kontaktfederanordnung auf. Die Kontaktfederanordnung liegt dabei an einer Kontaktfläche des wenigstens einen PTC-Heizelements an und bildet einen Pol zur Stromversorgung des wenigstens einen PTC-Heizelements. Die Kraftstoffheizeinrichtung weist ferner einen Übertragerdeckel zum axialen Verschließen des Übertragerinnenraums, durch den wenigstens eine Anschlussfahne der Kontaktfederanordnung axial hindurchgeführt ist. An dem Übertragerdeckel ist ein Elektroanschluss angebracht, in den die jeweilige Anschlussfahne hineinragt und über den die Kraftstoffheizeinrichtung an eine Stromversorgung anschließbar ist. Erfindungsgemäß ist der Wärmeübertrager an das wenigstens eine PTC-Heizelement derart angegossen, dass die Wärmetauschfläche des wenigstens einen PTC-Heizelements mit der Übertragerinnenwand direkt in Kontakt steht und die Kontaktfläche des wenigstens einen PTC-Heizelements im Übertragerinnenraum offen ist.
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Die Wärmetauschfläche des PTC-Heizelements liegt auf diese Weise unmittelbar flächig an dem Wärmeübertrager an, wobei unabhängig von der Form der Wärmetauschfläche des PTC-Heizelements und der Übertragerinnenwand des Wärmeübertragers das PTC-Heizelement großflächig wärmeleitend mit dem Wärmeübertrager kontaktiert ist. Rauigkeiten und Toleranzen werden durch das Anspritzen quasi eliminiert. Dadurch kann die in dem wenigstens einen PTC-Heizelement erzeugte Wärme verlustarm an den Wärmeübertrager und weiter in den Kraftstoff abgegeben und die zum Vorheizen des Kraftstoffs erforderliche Energie sowie Zeit reduziert werden. Ferner kann das wenigstens eine PTC-Heizelement beliebig - flach, rund oder abgerundet - ohne einen zusätzlichen Aufwand beim wärmeleitenden Kontaktieren mit dem Wärmeübertrager ausgeformt sein. Die Kontaktfläche des PTC-Heizelements bleibt dabei offen und ist über die Kontaktfederanordnung an eine Stromversorgung anschließbar.
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Vorteilhafterweise kann die Wärmetauschfläche des jeweiligen PTC-Heizelements stoffschlüssig mit der Übertragerinnenwand verbunden sein. Der Wärmekontaktwiderstand zwischen der Wärmetauschfläche und der Übertragerinnenwand kann dadurch reduziert und die in dem wenigstens einen PTC-Heizelement erzeugte Wärme kann verlustarm über den Wärmeübertrager an den Kraftstoff abgegeben werden. Das wenigstens eine PTC-Heizelement ist ferner bereits beim Herstellen des Wärmeübertragers an diesem festgelegt und der Aufbau sowie das Herstellen der Kraftstoffheizeinrichtung sind dadurch deutlich vereinfacht. Insbesondre müssen keine wärmeleitenden und kontaktvermittelnden Folien zwischen dem wenigstens einen PTC-Heizelement und dem Wärmeübertrager mehr festgelegt sein. Ferner sind keine Halte- oder Klemmvorrichtungen für das wenigsten eine PTC-Heizelement mehr notwendig.
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Der Wärmeübertrager ist metallisch und kann beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung geformt sein. Der Wärmeübertrager kann dann beim Herstellen an das wenigstens eine PTC-Heizelement in einem Metallpulverspritzgussverfahren oder in einem Metallspritzgussverfahren angegossen sein. Zweckgemäß ist das wenigstens eine PTC-Heizelement temperaturbeständig, so dass beim Angießen des Wärmeübertragers an das wenigstens eine PTC-Heizelement dieses nicht beschädigt wird.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine PTC-Heizelement einen Keramikkörper aufweist. Der Keramikkörper kann dabei wenigstens im Bereich der Wärmetauschfläche mit einer wärmeleitenden Vermittlungsschicht beschichtet sein. Die Vermittlungsschicht kann die Haftung des Keramikkörpers an der Übertragerinnenwand verbessern und den Wärmekontaktwiderstand reduzieren. Insbesondere kann dadurch die in dem wenigstens einen PTC-Heizelement erzeugte Wärme verlustarm über den Wärmeübertrager in den Kraftstoff abgegeben und die zum Vorheizen des Kraftstoffs erforderliche Energie sowie Zeit reduziert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Keramikkörper wenigstens im Bereich der Kontaktfläche mit einer elektrisch leitenden Kontaktschicht beschichtet sein. Die Kontaktschicht kann den Kontaktwiderstand zwischen der Kontaktfläche und der Kontaktfederanordnung und dadurch Energieverluste in der Kraftstoffheizeinrichtung reduzieren. Die Kontaktschicht kann beispielsweise eine Nickel-, Chrom- oder Silberschicht sein.
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Vorteilhafterweise können in der Kraftstoffheizeinrichtung mehrere PTC-Heizelemente vorgesehen sein, die als Gleichteile ausgebildet sind. Die PTC-Heizelemente sind dabei bevorzugt als flache und ebene Gleichteile oder als abgerundete Gleichteile ausgeformt. Die PTC-Heizelemente können dabei in dem Übertragerinnenraum parallel zu seiner Längsachse und die Übertragerinnenwand von innen umlaufend angeordnet sein, um die jeweiligen Wärmetauschflächen der PTC-Heizelemente mit der Übertragerinnenwand großflächig wärmeleitend zu kontaktieren. Vorteilhafterweise kann dann der Wärmeübertrager die in den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme über die gesamte Übertragerinnenwand in den Kraftstoff abgeben und die zum Vorheizen des Kraftstoffs erforderliche Energie sowie Zeit reduziert werden.
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Die Kraftstoffheizeinrichtung kann ein Gehäuse mit einem Gehäuseinnenraum aufweisen, das mit dem flüssigen Kraftstoff durchströmbar ist. Ein Gehäusedeckel kann dann mit dem Gehäuse verschraubt sein und den Gehäuseinnenraum schließen. Der Wärmeübertrager ist dann zweckgemäß in dem Gehäuseinnenraum eingesetzt, wobei der Übertragerdeckel durch den Gehäusedeckel axial hindurchgeführt ist. Zwischen dem Gehäuse und dem Wärmeübertrager kann axial eine beispielsweise o-förmige Ringdichtung eingeklemmt sein. Alternativ kann die beispielsweise o-förmige Ringdichtung auch zwischen dem Übertragerdeckel und dem Wärmeübertrager axial eingeklemmt sein und sich radial an dem Gehäuse abstützen. Durch die Ringdichtung können der Übertragerinnenraum von dem Gehäuseinnenraum und der Gehäuseinnenraum nach außen abgedichtet sein.
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Die erfindungsgemäße Kraftstoffheizeinrichtung weist einen vereinfachten Aufbau auf und ist aufwandreduziert und vergleichsweise kostengünstig herstellbar. Ferner ist das wenigstens eine PTC-Heizelement mit dem Wärmeübertrager großflächig wärmeleitend kontaktiert und die in dem wenigstens einen PTC-Heizelement erzeugte Wärme kann verlustarm über den Wärmeübertrager in den Kraftstoff abgegeben werden. Vorteilhafterweise können dadurch die zum Vorheizen des Kraftstoffs erforderliche Energie sowie Zeit reduziert werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Kraftstoffheizeinrichtung. Die Kraftstoffheizeinrichtung ist dabei für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine geeignet. Erfindungsgemäß wird beim Herstellen des Wärmeübertragers der Wärmeübertrager an das wenigstens eine PTC-Heizelement derart angegossen, dass die Wärmetauschfläche des wenigstens einen PTC-Heizelements mit der Übertragerinnenwand direkt in Kontakt steht und die Kontaktfläche des wenigstens einen PTC-Heizelements in den Übertragerinnenraum offen ist.
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Das wenigstens eine PTC-Heizelement wird erfindungsgemäß an dem Wärmeübertrager beim Angießen des Wärmeübertragers festgelegt, wobei die Wärmetauschfläche des wenigstens einen PTC-Heizelements mit der Übertragerinnenwand direkt und großflächig wärmeleitend kontaktiert wird. Vorteilhafterweise entfällt dadurch in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein aufwändiges Anordnen und ein zusätzliches wärmeleitendes Kontaktieren des wenigstens einen PTC-Heizelements mit dem Wärmeübertrager. Insbesondere kann dadurch die Kraftstoffheizeinrichtung vergleichsweise kostengünstig und vereinfacht hergestellt werden.
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Der Wärmeübertrager kann vorteilhafterweise in einem Metallpulverspritzgussverfahren oder in einem Metallspritzgussverfahren an das wenigstens eine PTC-Heizelement angegossen werden. Das wenigstens eine PTC-Heizelement ist zweckgemäß temperaturbeständig, so dass beim Angießen des Wärmeübertragers das PTC-Heizelement nicht beschädigt wird.
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Vor dem Angießen des Wärmeübertragers kann ein Keramikkörper des PTC-Heizelements mit einer wärmeleitenden Vermittlungsschicht beschichtet werden. Die Vermittlungsschicht wird zweckgemäß auf die Wärmetauschfläche des PTC-Heizelements aufgetragen und kann die Haftung des PTC-Heizelements an dem Wärmeübertrager verbessern. Die Vermittlungsschicht kann ferner den Wärmekontaktwiderstand zwischen der Übertragerinnenwand und der Wärmetauschfläche des PTC-Heizelements reduzieren, wodurch die in dem wenigstens einen PTC-Heizelement erzeugte Wärme verlustarm über den Wärmeübertrager in den Kraftstoff abgegeben werden kann. Vorteilhafterweise kann beim Angießen des Wärmeübertragers die Vermittlungsschicht mit der Übertragerinnenwand einerseits und dem PTC-Heizelement andererseits stoffschlüssig verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann vor dem Angießen des Wärmeübertragers der Keramikkörper des PTC-Heizelements mit einer elektrisch leitenden Kontaktschicht beschichtet werden. Die Kontaktschicht kann den Kontaktwiderstand zwischen der Kontaktfläche und der Kontaktfederanordnung reduzieren und beispielsweise eine Nickel-, Chrom- oder Silberschicht sein.
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Vorteilhafterweise kann vor dem Angießen des Wärmeübertragers das wenigstens eine PTC-Heizelement in einer Gussform derart festgelegt werden, dass beim Angießen des Wärmeübertragers die Wärmetauschfläche des PTC-Heizelements mit der Übertragerinnenwand direkt in Kontakt gebracht wird und die Kontaktfläche des PTC-Heizelements beim Entfernen der Gussform freigelegt wird. Nach dem Entfernen der Gussform ist das wenigstens eine PTC-Heizelement bereits in dem Wärmeübertrager festgelegt, wodurch der Aufbau der Kraftstoffheizeinrichtung deutlich vereinfacht wird. Ferner kann beim Angießen des Wärmeübertragers zuerst eine ringförmige Übertragerinnenwand an das wenigstens eine PTC-Heizelement angegossen und anschließend ein Übertragerboden auf die ringförmige Übertragerinnenwand zum Formen des Wärmeübertragers festgelegt werden. Alternativ können beim Angießen des Wärmeübertragers die ringförmige Übertragerinnenwand und der Übertragerboden gleichzeitig gegossen werden, wobei die ringförmige Übertragerinnenwand beim Angießen des Wärmeübertragers an das wenigstens einen PTC-Heizelement angegossen wird. Vorteilhafterweise kann der Wärmeübertrager in einem Herstellungsschritt hergestellt werden, wodurch die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand deutlich reduziert werden. Es versteht sich, dass auch mehrere Wärmeübertrager parallel in einer Gussform mit dem beschriebenen Verfahren herstellbar sind.
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Zusammenfassend kann die Kraftstoffheizeinrichtung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vereinfacht hergestellt werden. Insbesondere kann ein aufwändiges Anordnen und ein zusätzliches wärmeleitendes Kontaktieren des wenigstens einen PTC-Heizelements mit dem Wärmeübertrager vermieden werden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Ansicht erfindungsgemäßer Kraftstoffheizeinrichtungen in einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine;
- 2 eine Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoffheizeinrichtung mit mehreren eben und flach ausgeformten PTC-Heizelementen;
- 3 eine Draufsicht auf einen Übertragerinnenraum der in 2 gezeigten Kraftstoffheizeinrichtung;
- 4 eine Schnittansicht der in 2 gezeigten Kraftstoffheizeinrichtung;
- 5 eine Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoffheizeinrichtung mit mehreren abgerundeten PTC-Heizelementen;
- 6 eine Schnittansicht der in 5 gezeigten Kraftstoffheizeinrichtung;
- 7 bis 9 Herstellungsschritte eines Wärmeübertragers für eine erfindungsgemäße Kraftstoffheizeinrichtung in einem erfindungsgemäßen Verfahren;
- 10 bis 11 Herstellungsschritte eines Wärmeübertragers für eine erfindungsgemäße Kraftstoffheizeinrichtung in einem abweichend ausgestalteten erfindungsgemäßen Verfahren;
- 12 eine Draufsicht auf eine Gussform, mit der mehrere Wärmeübertrager parallel herstellbar sind.
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1 zeigt eine Ansicht erfindungsgemäßer Kraftstoffheizeinrichtungen 1 in einer Kraftstoffeinspritzanlage 2 für eine hier nicht gezeigte Brennkraftmaschine. Die Kraftstoffeinspritzanlage 2 weist eine Verteilerleitung 3 mit einem Zulaufanschluss 3a und mit einem Rücklaufanschluss 3b auf, über die ein Kraftstoff zu einzelnen Injektoren 4 geleitet wird. Die Injektoren 4 sind jeweils über einen Injektoranschluss 4a mit dem Strom versorgt und mit der Verteilerleitung 3 mittelbar über die erfindungsgemäßen Kraftstoffheizeinrichtungen 1 fluidisch verbunden. Die jeweiligen Kraftstoffheizeinrichtungen 1 weisen dabei ein Gehäuse 5 auf, das mit einem Gehäusedeckel 6 fluiddicht geschlossen ist. Das Gehäuse 5 ist holzylindrisch und ist von dem Kraftstoff durchströmbar. Die jeweiligen Kraftstoffheizeinrichtungen 1 werden über einen Elektroanschluss 7 mit Strom versorgt und können den in dem Gehäuse 5 zu dem jeweiligen Injektor 4 strömenden Kraftstoff vorheizen. Die Kraftstoffheizeinrichtungen 1 und die Verteilerleitung 3 sind an einer Trägerleiste 8 festgelegt, die an einer umgebenden Armatur über mehrere Schraubenhülsen 9 anschraubbar ist.
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2 zeigt eine Explosionsansicht und 4 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kraftstoffheizeinrichtung 1 in einer ersten Ausführungsform. Die Kraftstoffheizeinrichtung 1 weist einen topfförmigen metallischen Wärmeübertrager 10 - beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung - mit einer Übertragerinnenwand 11 auf, die einen Übertragerinnenraum 12 des Wärmeübertragers 10 radial begrenzt. Der Wärmeübertrager 10 ist koaxial in dem Gehäuse 5 eingesetzt und ist von dem in dem Gehäuse 5 durchströmten Kraftstoff umspült. Durch Außenrippen 13 kann der Wärmeübertrager 10 die Wärme direkt in den in dem Gehäuse 5 strömenden Kraftstoff übertragen. In 3 ist eine Draufsicht auf den Übertragerinnenraum 12 des Wärmeübertragers 10 gezeigt.
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In dem Übertragerinnenraum 11 sind mehrere PTC-Heizelemente 14 mit jeweils einem flach und eben ausgeformten Keramikkörper 15 angeordnet. Dabei steht jeweils eine Wärmetauschfläche 16 des jeweiligen PTC-Heizelements 14 mit der Übertragerinnenwand 11 des Wärmeübertragers 10 großflächig wärmeleitend in Kontakt, so dass die in den PTC-Heizelementen 14 erzeugte Wärme über die Übertragerinnenwand 11 in den den Wärmeübertrager 10 umströmenden Kraftstoff abgegeben werden kann. Dazu ist der Wärmeübertrager 10 an die jeweiligen PTC-Heizelemente 14 angegossen und die jeweiligen PTC-Heizelemente 14 sind mit der Wärmetauschfläche 16 an der Übertragerinnenwand 11 stoffschlüssig festgelegt.
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Um den Wärmekontaktwiderstand zwischen der Wärmetauschfläche 16 und der Übertragerinnenwand 11 zu reduzieren, weist das jeweilige PTC-Heizelement 14 eine wärmeleitende Vermittlungsschicht 16a auf. Die Vermittlungsschicht 16a ist einerseits an der Wärmetauschfläche 16 und andererseits an der Übertragerinnenwand 11 stoffschlüssig festgelegt. Das jeweilige PTC-Heizelement 14 weist ferner eine Kontaktfläche 17 auf, die der jeweiligen Wärmetauschfläche 16 gegenüberliegend angeordnet ist. An der Kontaktfläche 17 ist eine elektrisch leitende Kontaktschicht 17a aufgetragen, die beispielsweise eine Nickel-, Chrom- oder Silberschicht sein kann.
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Ferner weist die Kraftstoffheizeinrichtung 1 einen in dem Übertragerinnenraum 12 koaxial eingesetzten Kontaktierungsträger 18 mit einer Kontaktfederanordnung 19 auf. Die Kontaktfederanordnung 19 weist mehrere sich axial erstrechende und radial federnde Kontaktelemente 20 auf, die das jeweilige PTC-Heizelement mit Strom versorgen. Dazu liegt das jeweilige federnde Kontaktelement 20 einseitig an der Kontaktfläche 17 des jeweiligen PTC-Heizelements 14 an und ist andersseitig zum Sichern des elektrischen Kontakts durch den Kontaktierungsträger 18 gestützt. Der Kontaktwiderstand zwischen dem jeweiligen Kontaktelement 20 und der Kontaktfläche 17 kann durch die Kontaktschicht 17a reduziert werden. Die Kontaktfederanordnung 19 ist über eine Anschlussfahne 21 an eine Stromversorgung anschließbar.
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Die PTC-Heizelemente 14, der Kontaktierungsträger 18 und die Kontaktfederanordnung 19 sind zumindest bereichsweise in dem Übertragerinnenraum 12 des Wärmeübertragers 10 angeordnet und mit einer Abdeckkappe 22 axial abgedeckt. Die Anschlussfahne 21 ragt dabei durch eine Schlitzöffnung 23 aus der Abdeckkappe 22 heraus. Der Wärmeübertrager 10 ist mit einem Übertragerdeckel 24 axial verschlossen, wobei die Anschlussfahne 21 der Kontaktfederanordnung 19 durch eine Durchgangsöffnung 25 in dem Übertragerdeckel 24 hindurchgeführt ist. Der Übertragerinnenraum 12 ist durch eine o-förmige Ringdichtung 26 abgedichtet, die zwischen einem umlaufenden Kragen 27 des Übertragerdeckels 24 und einer Stirnseite 28 des Wärmeübertragers 10 eingeklemmt ist und sich radial an dem Gehäuse 5 abstützt, wie in 4 gezeigt ist.
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Der mit dem Übertragerdeckel 24 verschlossene Wärmeübertrager 10 ist in einem Gehäuseinnenraum 29 des Gehäuses 5 angeordnet, wie in 4 gezeigt ist. Das Gehäuse 5 schließt den Wärmeübertrager 10 ein und ist mit dem Gehäusedeckel 6 verschraubt, wozu das Gehäuse ein Außengewinde 30a und der Gehäusedeckel 6 ein Innengewinde 30b aufweisen. Der Übertragerdeckel 24 ist dabei bereichsweise durch eine Zentralöffnung 31 des Gehäusedeckels 6 hindurchgeführt. Der Elektroanschluss 7 ist mit einem Übertragerbereich 32a in dem Übertragerinnenraum 12 zwischen dem Übertragerdeckel 24 und der Abdeckkappe 22 festgelegt. Ein Durchgangsbereich 32b geht durch die Durchgangsöffnung 25 hindurch und umschließt die Anschlussfahne 21 zumindest innerhalb der Durchgangsöffnung 25. Dazu ist der Elektroanschluss 7 an den Wärmeübertrager 10 angespritzt.
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Der Wärmeübertrager 10 ist an die jeweiligen PTC-Heizelemente 14 angegossen, so dass die Wärmetauschfläche 16 großflächig wärmeleitend mit der Übertragerinnenwand 11 kontaktiert ist. Über die Übertragerinnenwand 11 kann die in den PTC-Heizelementen 14 erzeugte Wärme verlustarm an den Wärmeübertrager 10 und in den Kraftstoff abgegeben und die zum Vorheizen des Kraftstoffs erforderliche Energie sowie Zeit reduziert werden. Die jeweiligen PTC-Heizelemente sind ferner bereits beim Herstellen des Wärmeübertragers 10 an diesem festgelegt und der Aufbau der Kraftstoffheizeinrichtung 1 ist dadurch vereinfacht. Insbesondre entfallen wärmeleitende und kontaktvermittelnde Folien zwischen den PTC-Heizelementen 14 und dem Wärmeübertrager 10 sowie zusätzliche Halte- oder Klemmvorrichtungen für die PTC-Heizelemente.
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5 zeigt eine Explosionsansicht und 6 zeigt eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kraftstoffheizeinrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Hier weist die Kraftstoffheizeinrichtung 1 den Wärmeübertrager 10 mit dem Übertragerinnenraum 12 auf, der radial durch die Übertragerinnenwand 11 begrenzt ist. In dem Übertragerinnenraum 12 sind abweichend zu der ersten in 2 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform der Kraftstoffheizeinrichtung 1 zwei halbrunde PTC-Heizelemente 14 festgelegt. Die beiden PTC-Heizelemente 14 sind mit der Wärmetauschfläche 16 an der Übertragerinnenwand 11 festgelegt, wozu der Wärmeübertrager 10 an die beiden PTC-Heizelemente 14 angegossen ist. Die Kontaktfläche 17 ist dabei in den Übertragerinnenraum 12 offen, so dass die beiden PTC-Heizelemente 14 über die Kontaktfederanordnung 19 mit den federnden Kontaktelementen 20 nach außen elektrisch kontaktierbar sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfederanordnung 19 koaxial an dem Kontaktierungsträger 18 festgelegt, der die federnden Kontaktelemente 20 an die jeweiligen Kontaktflächen 17 andrückt.
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Die PTC-Heizelemente 14, der Kontaktierungsträger 18 und die Kontaktfederanordnung 19 sind in dem Übertragerinnenraum 12 des Wärmeübertragers 10 angeordnet und mit dem Übertragerdeckel 24 axial verschlossen. Die Anschlussfahnen 21a und 21b der Kontaktfederanordnung 19 sind dabei durch die Durchgangsöffnungen 25a und 25b hindurchgeführt. Abweichend zu der ersten in 2 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform der Kraftstoffheizeinrichtung 1 weist hier die Kraftstoffheizeinrichtung 1 keine Abdeckkappe 22 auf. Der mit dem Übertragerdeckel 24 verschlossene Wärmeübertrager 10 ist in dem Gehäuseinnenraum 29 des Gehäuses 5 angeordnet, wie in 6 gezeigt ist. Der Gehäuseinnenraum 29 ist nach außen durch die o-förmige Ringdichtung 26 abgedichtet, die in einer Umlaufnut 33 des Wärmeübertragers 10 eingeklemmt ist und sich radial auf das Gehäuse 5 abstützt.
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Das Gehäuse 5 schließt den Wärmeübertrager 10 ein und ist mit dem Gehäusedeckel 6 verschraubt, wozu das Gehäuse 5 das Innengewinde 30b und der Gehäusedeckel 6 das Außengewinde 30a aufweisen. Der Übertragerdeckel 24 ist dabei abweichend zu der ersten Ausführungsform in 2 bis 4 in dem verschlossenen Gehäuseinnenraum 29 angeordnet. Der Elektroanschluss 7 geht durch die Zentralöffnung 31 hindurch und ist mit einem Deckelbereich 32c an dem Übertragerdeckel 24 formschlüssig festgelegt. Der Elektroanschluss 7 umschließt die Anschlussfahnen 21a und 21b zumindest innerhalb des Gehäuseinnenraumes 29 und ist an den Wärmeübertrager 10 beziehungsweise den Gehäusedeckel 6 angespritzt.
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7 bis 9 zeigen Herstellungsschritte des Wärmeübertragers 10 für die erfindungsgemäße Kraftstoffheizeinrichtung 1 in einem erfindungsgemäßen Verfahren 34. Dabei wird beim Herstellen des Wärmeübertragers 10 der Wärmeübertrager 10 an die PTC-Heizelemente 14 derart angegossen, dass die jeweilige Wärmetauschfläche 16 der PTC-Heizelemente 14 mit der Übertragerinnenwand 11 direkt in Kontakt steht und die jeweilige Kontaktfläche 17 der PTC-Heizelemente 14 in den Übertragerinnenraum 12 offen ist. Dazu werden vor dem Angießen des Wärmeübertragers 10 die PTC-Heizelemente 14 in einer Gussform 35 festgelegt, wie in 7 gezeigt ist. Die jeweilige Kontaktfläche 17 der PTC-Heizelemente 14 liegt dabei an einem Gussforminnenkörper 36a der Gussform 35 an und die jeweilige Wärmetauschfläche 16 der PTC-Heizelemente 14 ist einem Gussinnenraum 37 zugewandt und offen. Der Gussinnenraum 37 ist dabei in der Gussform 35 zwischen dem Gussform innenkörper 36a und einem Gussformaußenkörper 36b der Gussform 35 geformt. Nach dem Festlegen der PTC-Heizelemente 14 in der Gussform 35 wird der Wärmeübertrager 10 beispielsweise in einem Metallpulverspritzgussverfahren oder in einem Metallspritzgussverfahren an die jeweiligen PTC-Heizelemente 14 angegossen. Wie in 7 entnommen werden kann, wird dazu zuerst die Übertragerinnenwand 11 des Wärmeübertragers 10 an die PTC-Heizelemente 14 angegossen. Beim Angießen der Übertragerinnenwand 11 an die PTC-Heizelemente 14 wird dabei die jeweilige Wärmetauschfläche 16 der PTC-Heizelemente 14 in Kontakt mit der Übertragerinnenwand 11 gebracht und die jeweilige Kontaktfläche 17 bleibt nach dem Entfernen der Gussform 35 offen, wie in 8 gezeigt ist. Anschließend kann ein Übertragerboden 38 an der Übertragerinnenwand 11 festgelegt werden und dadurch der topfförmige Wärmeübertrager 10 geformt werden, wie in 9 gezeigt ist.
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10 und 11 zeigen Herstellungsschritte des Wärmeübertragers 10 für die erfindungsgemäße Kraftstoffheizeinrichtung 1 in dem erfindungsgemäßen Verfahren 34. Abweichend zu dem anhand 7 bis 9 beschriebenen Verfahren 34 sind hier der Gussforminnenkörper 36a und der Gussformaußenkörper 36b der Gussform 35 derart zueinander angeordnet, dass die Form des Gussinnenraums 37 der Form des Wärmeübertrages 10 entspricht. In einer derartigen Gussform 35 kann der Wärmeübertrager 10 in einem einzigen Herstellungsschritt hergestellt werden, so dass die Herstellungskosten und der Herstellungsaufwand reduziert sind. Wie in 10 gezeigt, werden die Übertragerinnenwand 11 und der Übertragerboden 38 des Wärmeübertragers 10 gleichzeitig in einem einzelnen Herstellungsschritt hergestellt. Dabei wird, wie anhand 7 bis 9 bereits erläutert, die Übertragerinnenwand 11 an die PTC-Heizelemente 14 angegossen. Beim Angießen der Übertragerinnenwand 11 an die PTC-Heizelemente 14 wird dabei die jeweilige Wärmetauschfläche 16 der PTC-Heizelemente 14 in Kontakt mit der Übertragerinnenwand 11 gebracht. 11 zeigt nun den in dem Verfahren 34 hergestellten Wärmeübertrager 10. Hier wurde die Gussform 35 bereits entfernt und die jeweilige Kontaktfläche 17 der PTC-Heizelemente 14 geöffnet.
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12 zeigt eine Draufsicht auf die Gussform 35, mit der mehrere Wärmeübertrager 10 parallel herstellbar sind. Dazu weist die Gussform 35 den einzelnen Gussformaußenkörper 36b und mehrere Gussforminnenkörper 36a auf, die miteinander durch jeweils ein Verbindungselement 39 verbunden sind. Die Gussforminnenkörper 36a sind jeweils in einer Innenraumöffnung 40 des Gussformaußenkörpers 36b angeordnet, so dass der Gussformaußenkörper 36b mit dem jeweiligen Gussforminnenkörper 36a die einzelnen Gussinnenräume 37 für den jeweiligen Wärmeübertrager 10 bilden. Mit der Form 35 können insgesamt sechs Wärmeübertrager 10 in dem Verfahren 34 parallel hergestellt werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren 34 kann die Kraftstoffheizeinrichtung 1 vereinfacht hergestellt werden. Insbesondere kann ein aufwändiges Anordnen und ein zusätzliches wärmeleitendes Kontaktieren der PTC-Heizelemente 14 mit dem Wärmeübertrager 10 vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010078507 A1 [0002]
- US 6109543 [0002]
- US 2015300300 A1 [0002]
