DE102018205316A1

DE102018205316A1 - Elektrische Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE102018205316A1
Application number: DE102018205316.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Seewald; Karl-Gerd Krumbach; Michael Kohl; Igor Tschemeris
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Gehäuse, wobei in dem Gehäuse zumindest eine, insbesondere gegenüber dem Gehäuse abgeschlossene, fluiddurchströmbare Wärmeübertragereinheit und zumindest ein Heizregister angeordnet sind, wobei das zumindest eine Heizregister in thermischem Kontakt mit der zumindest einen Wärmeübertragereinheit steht zum Wärmeaustausch zwischen dem Heizregister und der zumindest einen Wärmeübertragereinheit, wobei in dem Gehäuse weiterhin eine Steuereinheit vorgesehen ist zur Steuerung des zumindest einen Heizregisters, wobei die zumindest eine Wärmeübertragereinheit zumindest einen Zuflussanschluss und zumindest einen Abflussanschluss aufweist, ein Heizregister eine Mehrzahl an elektrisch aufheizbaren Heizelementen und Kontaktelemente aufweist, welche die Heizelemente elektrisch kontaktieren, wobei Verbindungsmittel vorgesehen sind, welche mit den Kontaktelementen verbunden sind, welche die Kontaktelemente halten und/oder abstützen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere zur Beheizung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs.
Hintergrund der Erfindung
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise einen beheizbaren Fahrzeuginnenraum auf. Dazu weisen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor üblicherweise einen im Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Heizungswärmeübertrager auf, durch welchen vom Verbrennungsmotor erwärmtes heißes Kühlmittel strömt. Das Kühlmittel wird dabei primär verwendet, um den Verbrennungsmotor zu kühlen. Die Abwärme des Verbrennungsmotors wird auf das Kühlmittel übertragen und wird im Heizungswärmeübertrager zum Beheizen des Fahrzeuginnenraums eingesetzt. Dabei wird die durch den Heizungswärmeübertrager strömende Luft durch Wärmeübertrag von dem Kühlmittel erwärmt und dem Fahrzeuginnenraum zugeführt.
Insbesondere Kraftfahrzeuge mit verbrauchsarmen Verbrennungsmotoren, die weniger Abwärme erzeugen und Kraftfahrzeuge mit Plug-In/Range Extender, benötigen für die Innenraumbeheizung Zuheizeinrichtungen. Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb benötigen Heizeinrichtungen, da eine Erwärmung mit vom Verbrennungsmotor erwärmtem Kühlmittel bei diesen Kraftfahrzeugen grundsätzlich nicht zur Verfügung steht, weil sie keinen Verbrennungsmotor aufweisen aber dennoch der Fahrzeuginnenraum zu erwärmen ist, damit die Insassen beispielsweise im Winter angenehme Bedingungen vorfinden.
Dabei ist vor allem in der Startphase und/oder bei geringen Außentemperaturen ein Zuheizen bzw. ein Heizen erwünscht oder notwendig.
Hierfür sind verschiedene Heizeinrichtungen bzw. Zuheizeinrichtungen bekannt geworden, wie beispielsweise elektrische Zuheizeinrichtungen, Wärmepumpeneinrichtungen, Brennstoffheizer sowie eine Zuheizung mittels Abgas-Wärmeübertragern.
Die Bezeichnungen Heizung und Zuheizung und die Bezeichnungen Heizer und Zuheizer werden im Nachfolgenden im Sinne der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.
Die elektrische Zuheizung hat den Vorteil, dass die dafür notwendigen elektrischen Heizeinrichtungen im Vergleich zu anderen Lösungen relativ kostengünstig sind und dass die erzeugte Wärme relativ spontan spürbar ist, weil die elektrische Leistung quasi sofort in spürbare Wärme umgesetzt wird. Weiterhin sind elektrische Heizeinrichtungen platzsparend und damit in einem Kraftfahrzeug flexibel einbaubar.
Für hybridisierte Fahrzeuge oder rein elektrisch betriebene Fahrzeuge ist der Stellenwert der elektrischen Heizung bzw. Zuheizung noch größer, da eine Erwärmung über Abwärme des Verbrennungsmotors nicht möglich ist. Bei solchen Kraftfahrzeugen werden elektrische Leistungen von etwa 5 kW bis 10 kW benötigt. Dies bedeutet auch, dass eine hohe Leistungsdichte vorteilhaft ist. Bei solchen Kraftfahrzeugen liegt die Bordnetzspannung meist über 60 V, teilweise sogar über 300 V bis hin zu 800 V oder mehr. Aufgrund der hohen geforderten Heizleistungen am (Zu-)Heizer wird auch diese elektrische Heizeinrichtung mit der hohen Spannung betrieben, um die im Betrieb auftretende Stromstärke möglichst gering zu halten.
Ein solcher Heizer bzw. Zuheizer als Heizeinrichtung für Hochvoltanwendungen, also für Spannungen über 60 V, muss so ausgebildet sein, dass eine Gefährdung durch die Heizeinrichtung im Betrieb oder bei einer Wartung ausgeschlossen werden kann.
Bei den elektrischen Heizeinrichtungen als Zuheizer oder als alleinige Heizer gibt es grundsätzlich die Möglichkeit, dass die elektrische Leistung direkt in ein flüssiges Medium, wie beispielsweise ein Kühlmittel, geleitet wird, welches über einen weiteren Wärmetauscher die Wärme in den Innenraum des Kraftfahrzeugs abgibt. Eine solche Heizeinrichtung wird auch als kühlmittelseitige Heizeinrichtung bezeichnet. Dabei kann als flüssiges Medium auch Wasser oder eine Wassermischung verwendet werden, beispielsweise eine Wasser-Glykol-Mischung o.Ä.
Auch gibt es die Möglichkeit, dass die elektrische Leistung an die Luft abgegeben wird und diese erwärmte Luft für die Beheizung des Innenraums herangezogen wird. Eine solche Heizeinrichtung wird auch als luftseitige Heizeinrichtung bezeichnet.
Die luftseitigen Heizeinrichtungen sind zeitlich spontaner, da die elektrische Energie zu nahezu hundert Prozent in Lufterwärmung umgesetzt wird. Der Wirkungsgrad liegt bei nahezu hundert Prozent. Er kann sinnvollerweise jedoch nur zur Erwärmung des Innenraumes der Fahrzeugkabine eingesetzt werden. Ebenso ist er sinnvollerweise im Fahrzeuginnenraum, also im Klimagerät, integriert. Die Integration einer Hochspannungskomponente im Innenraum ist sicherheitsbedingt jedoch aufwendig und bedeutet in der Regel eine aufwändigere Konstruktion des Klimageräts, was die Kosten erhöht.
Die kühlmittelseitige Heizeinrichtung für flüssiges Medium ist in ihrer Heizwirkung nicht ganz so spontan und effizient, da die elektrische Energie erst genutzt wird, um das Fluid, beispielsweise in einem kleinen Wasserkreislauf, aufzuwärmen. An einem separaten Kühlmittel/Luft-Wärmeübertrager, wie bei einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor, wird das erwärmte Fluid bzw. Wasser genutzt, um die in den Innenraum einströmende Luft zu erwärmen.
Es befindet sich dabei vorzugsweise keine Hochspannungskomponente im Innenraum des Kraftfahrzeugs. Auch ist es bei dieser Konstellation vorteilhaft, dass die kühlmittelseitige Heizeinrichtung an verschiedenen Stellen außerhalb des Innenraums im Kraftfahrzeug angebracht werden kann. Das Klimagerät kann wie bei einem klassischen Kraftfahrzeug genutzt werden, ohne dass große konstruktive Änderungen notwendig werden. Ein weiterer Vorteil der kühlmittelseitigen Heizeinrichtung ist die Möglichkeit, eine Batterie, beispielsweise bei einem reinen Elektrofahrzeug, durch das warme Wasser bzw. durch das Kühlmittel mit zu beheizen bzw. aufwärmen zu können.
Im Stand der Technik sind verschiedene kühlmittelseitige Heizeinrichtungen bekannt geworden. Die DE 10 2010 060 446 A1 offenbart eine Widerstandsheizeinrichtung mit einer wendelförmigen Heizwendel in einem kühlmitteldurchströmten Gehäuse. In dieser Heizwendel befindet sich ein wiederum wendelförmiger Heizdraht. Der Spannungsabfall bzw. der Stromfluss erfolgt entlang dieses wendelförmig gewickelten Heizdrahtes. Die Konstruktion ist allerdings sehr aufwändig und damit auch in der Herstellung teuer.
Es sind auch Heizeinrichtungen mit PTC-Heizelementen bekannt, die mittels Kontaktelektroden bestromt werden, siehe die EP 1 872 986 A1 . Die Heizelemente geben ihre Wärme nur indirekt an das Kühlmittel, da die Heizeinheit bestehend aus Heizelementen und Kontaktelektroden elektrisch isoliert ist. Die Wärme muss dabei zumindest durch die elektrische Isolation aus schlecht thermisch leitenden Materialien und durch das Gehäuse des kühlmittelführenden Kanals, um das Kühlmittel zu erwärmen. Bei dem Gehäuse handelt es sich um einen recht massiven Gusskörper, der U-förmige Ausnehmungen aufweist, die in die Fluidkammern hineinragen. Das Kühlmittel strömt dann um die U-förmigen Ausnehmungen mäanderförmig herum. In diesen Fluidkammern sitzen die Heizelemente, die auf beiden Seiten isoliert sind. Die Heizeinheit bestehend aus PTC-Heizelementen und Kontaktelektroden wird dann mit einem Klemmkeil aus Aluminium in die U-förmigen Ausnehmungen eingepresst. Durch diese Verpressung erfolgen die elektrische Kontaktierung zwischen PTC-Heizelementen und Kontaktelektroden und die thermische Kontaktierung zwischen Heizeinheit und U-förmiger Ausnehmung. Solche Heizeinrichtungen sind auch durch die EP 2 637 475 A1 und durch die EP 2 440 004 B1 bekannt geworden.
Die Heizeinrichtungen gemäß dem Stand der Technik weisen dabei auch Nachteile auf.
Die kühlmittelseitigen Widerstandsheizer weisen keine Eigensicherheit der Heizeinheit bezüglich einer Temperaturüberhöhung auf. Daher ist eine Temperaturüberwachung und eine entsprechende Abschaltung notwendig, beispielsweise bei einem plötzlichen Stillstand des Kühlmittelvolumenstroms.
Die kühlmittelseitigen PTC-Heizeinrichtungen weisen üblicherweise eine hohe Anzahl an Heizeinheiten auf, die aus 2 Kontaktelektroden und PTC-Heizelementen und Isolationen bestehen. Dadurch resultiert ein eher hoher Montageaufwand. Durch die Gussgehäuse resultieren schwere und große Ausführungen.
Im Gegensatz zu PTC-Heizeinrichtungen können sich Widerstandsheizeinrichtungen nicht oder nur sehr bedingt selbst regulieren. Eine sehr begrenzte Selbstregulierung kann durch die Verwendung eines Heizdrahtes erreicht werden, der eine PTC-Widerstandscharakteristik aufweist. Dennoch kann bei Ausbleiben ausreichender Kühlung nicht verhindert werden, dass Überhitzungen des Heizdrahtes oder des Wärmeübertragers auftreten.
Die DE 10 2010 0660 446 A1 offenbart eine Widerstandsheizeinrichtung, welche drei benachbart angeordnete Heizstufen als Heizdrahtwindungen aufweist, welche PTC-Widerstandscharakteristik aufweisen. Durch die Widerstandsänderung infolge Temperaturänderung lässt sich so evtl. eine Aussage über das Vorhandensein eines Kühlmittels und über eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit des zu erwärmenden Kühlmittels treffen. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass man durch die drei Stufen insgesamt sechs Durchtritte in der Anschlussplatte benötigt. Je mehr Durchtritte und Heizwendeln vorhanden sind, desto mehr elektrische Anschlussstellen sind notwendig, die verbunden werden müssen. Dies führt zu einer erhöhten Möglichkeit von potentiellen Fehlerquellen und zu einer erhöhten Anzahl von desto mehr Lötstellen, die eine potentielle Gefahr für Undichtigkeiten der Heizeinrichtung darstellen. Da jede Heizstufe aus mehreren Windungen besteht, besteht die Gefahr, dass es lokal zu Überhitzungen kommen kann, ohne dass diese Überhitzungen detektiert werden. Das könnte beispielsweise dann der Fall sein, wenn im stehenden Einbauzustand sich nur die erste Windung der ersten Heizstufe außerhalb des Kühlmittels befindet. Diese erste Windung kann sich entsprechend übermäßig erhitzen ohne dabei eine ausreichende Widerstandsänderung herbeizuführen, da der größte Teil der Heizstufe noch von Kühlmittel benetzt wird. Solche Situationen können beispielsweise durch einen schleichenden Kühlmittelverlust oder durch einen Kühlmittelpumpenausfall entstehen.
Weiterhin gibt es Anordnungen und Ausrichtungen der Heizeinrichtung, die in Verbindung mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten des Kühlmittels zu Situationen führen können, bei welchen sich große stationäre oder pulsierende Dampfblasen bilden können. Solche Situationen können beispielsweise bei längeren steilen Bergfahrten entstehen.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Heizeinrichtung zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik einfach und kostengünstig herzustellen ist und dennoch gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Gehäuse, wobei in dem Gehäuse zumindest eine, insbesondere gegenüber dem Gehäuse abgeschlossene, fluiddurchströmbare Wärmeübertragereinheit und zumindest ein Heizregister angeordnet sind, wobei das zumindest eine Heizregister in thermischem Kontakt mit der zumindest einen Wärmeübertragereinheit steht zum Wärmeaustausch zwischen dem Heizregister und der zumindest einen Wärmeübertragereinheit, wobei in dem Gehäuse weiterhin eine Steuereinheit vorgesehen ist zur Steuerung des zumindest einen Heizregisters, wobei die zumindest eine Wärmeübertragereinheit zumindest einen Zuflussanschluss und zumindest einen Abflussanschluss aufweist, ein Heizregister eine Mehrzahl an elektrisch aufheizbaren Heizelementen und Kontaktelemente aufweist, welche die Heizelemente elektrisch kontaktieren, wobei Verbindungsmittel vorgesehen sind, welche mit den Kontaktelementen verbunden sind, welche die Kontaktelemente halten und/oder abstützen. Dadurch können die Kontaktelemente zur Kontaktierung der Heizelemente sicher und lagerichtig positioniert und gehalten werden und gleichzeitig kann eine sichere Kontaktierung der Kontaktelemente aufgrund der lagerichtigen Positionierung der Kontaktelemente erreicht werden. Weiterhin erlaubt das Halten und/oder Abstützen eine Vormontage des Heizregisters vor dem Einbau an eine Wärmeübertragereinheit oder zwischen Wärmeübertragereinheiten.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Heizelemente in zumindest einer flächigen Anordnung angeordnet sind und die Kontaktelemente einer flächigen Anordnung die Heizelemente dieser flächigen Anordnung an einer ersten Seite und an einer gegenüberliegenden, beabstandeten zweiten Seite elektrisch kontaktieren. Dadurch nehmen die Kontaktelemente die Heizelemente zwischen sich auf und definieren damit eine Art Sandwichstruktur von zwei Lagen von Kontaktelementen mit einer Lage Heizelemente dazwischen. So kann eine sichere und definierte Anordnung geschaffen werden, bei welcher die Heizelemente definiert elektrisch kontaktiert werden.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktelemente einer flächigen Anordnung erste Kontaktelemente und zweite Kontaktelemente aufweist, wobei die ersten Kontaktelemente die Heizelemente an der ersten Seite kontaktieren und die zweiten Kontaktelemente die Heizelemente an der zweiten Seite kontaktieren, wobei die ersten und die zweiten Kontaktelemente beabstandet zueinander angeordnet sind, derart, dass das Verbindungsmittel oder die Verbindungsmittel zwischen die ersten und die zweiten Kontaktelemente greifen. Dadurch wird eine definierte elektrische Anschlussanordnung erreicht. Die Verbindungsmittel bilden oder erlauben eine zusammenhaltende Verbindung zur Schaffung einer vormontierbaren Einheit und zur besseren Montage und elektrischen Kontaktierung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verbindungsmittel als Verbindungsleiste oder als Verbindungsrahmen ausgebildet ist, an welche bzw. an welchen sich erste Kontaktelemente und zweite Kontaktelemente unter einem definierten Abstand zueinander abstützen. Dadurch können mechanische Kräfte übertragen werden und die Verbindungsleiste nimmt Kräfte definiert insbesondere linienhaft oder der Verbindungsrahmen nimmt Kräfte umlaufend auf. Dabei bildet der Verbindungsrahmen beispielsweise einen umlaufenden Rahmen mit vier Rahmenschenkeln, die im Wesentlichen rechtwinklig zueinander stehen und beispielsweise ein innen offenes Rechteck bilden, wobei in dem innen offenen Bereich die Heizelemente aufnehmbar sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Verbindungsmittel als Verbindungsleiste an einer Seite der Kontaktelemente und der Heizelemente angeordnet ist und von der Seite kommend zwischen die Kontaktelemente greift. Dadurch kann an einer Seite der Anordnung der Heizelemente und der Kontaktelemente die Verbindungsleiste angeordnet werden, um eine haltende Verbindung zu bewirken.
Auch ist es vorteilhaft, wenn mehrere Verbindungsmittel als Verbindungsleiste vorgesehen sind, welche jeweils an einer Seite der Kontaktelemente und der Heizelemente angeordnet sind und von der Seite kommend zwischen die Kontaktelemente greifen.
Weiterhin ist es bei einem alternativen Ausführungsbeispiel auch vorteilhaft, wenn mehrere Verbindungsmittel als Verbindungsleiste vorgesehen sind, welche rahmenartig angeordnet sind oder dass ein Verbindungsmittel als Verbindungsrahmen vorgesehen ist, welche oder welcher die Kontaktelemente und die Heizelemente im Wesentlichen umgreifen, wobei die Verbindungsleisten oder der Verbindungsrahmen von außen kommend zwischen die Kontaktelemente greifen. Dadurch kann eine im Wesentlichen umlaufende Halte- und Abstützstruktur geschaffen werden, die eine stabile Gestaltung des Heizregisters erlaubt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktelemente mit dem Verbindungsmittel oder mit den Verbindungsmitteln verklebt oder verpresst sind. Dadurch wird eine stabile Verbindung erreicht, die vorzugsweise dauerfest ist und die eine sichere und stabile Vormontage erlaubt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktelemente als Kontaktbleche ausgebildet sind. Dadurch wird eine sichere elektrische Kontaktierung bei guten wärmeleitenden Eigenschaften erreicht.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Kontaktelemente Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktelemente aufweisen, wie insbesondere Kontaktzungen. Dadurch kann ein schnelles und unkompliziertes anstecken des Heizregisters an beispielsweise eine Steuereinheit erreicht werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
Figurenliste
Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
2 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
3 eine perspektivische Teildarstellung des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
5 eine schematische Teildarstellung des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung,
6 eine schematische Teildarstellung des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung,
7 eine perspektivische Teildarstellung des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
8 eine Detaildarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
9 eine Detaildarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
10 eine Seitenansicht von Teilen der elektrischen Heizeinrichtung,
11 eine perspektivische Teildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
12 eine Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
13 eine Explosionsdarstellung des Heizregisters der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
14 eine perspektivische Teildarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
15 eine Schnittdarstellung des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
16 eine perspektivische Darstellung von Teilen des Heizregisters,
17 eine weitere perspektivische Darstellung von Teilen des Heizregisters,
18 eine perspektivische Darstellung einer Platine einer Steuereinheit,
19 eine weitere perspektivische Darstellung der Platine der Steuereinheit, und
20 eine weitere perspektivische Darstellung der Platine der Steuereinheit.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1 bis 20 zeigen in verschiedenen Darstellungen Ausführungsbeispiele einer elektrischen Heizeinrichtung 1 oder Details davon.
Gemäß der 1 und 2 weist die erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung 1 ein Gehäuse 2 auf, wobei in dem Gehäuse 2 zumindest eine, insbesondere gegenüber dem Gehäuse 2 abgeschlossene, fluiddurchströmbare Wärmeübertragereinheit 3 und zumindest ein Heizregister 4 angeordnet sind, siehe auch 3. Die 1 zeigt ein Gehäuse 2 einer ersten Ausführungsform mit einem ersten Gehäuseteil 101 und mit einem zweiten Gehäuseteil 102, die an einer Teilungsebene 103 aneinanderstoßen und dort abgedichtet miteinander verbunden sind. Vorteilhaft ist das Gehäuse 2 mit zwei oder mehr Gehäuseteilen 101, 102 ausgebildet, die miteinander zusammengesetzt und abgedichtet verbunden sind. So kann beispielsweise auch ein Gehäuseteil 104 auf das Gehäuseteil 102 aufgesetzt und mit diesem abgedichtet verbunden sein, um beispielsweise eine Steuereinheit abzudecken.
Die Darstellung der 1 entspricht im Wesentlichen der Darstellung der 2, wobei in der 2 weiterhin zwei elektrische Anschlussstecker 110, 111 zur elektrischen Versorgung der elektronischen Steuereinheit 5 und/oder der Heizelemente des Heizregisters 4 und/oder zur Datenversorgung der Steuereinheit 5 vorgesehen sind.
In dem Gehäuse 2 sind zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3 und ein Heizregister 4 angeordnet, wobei das Heizregister 4 elektronisch gesteuert und elektrisch versorgt erwärmt wird, so dass es die Wärmeübertragereinheit 3 oder die Wärmeübertragereinheiten 3 erwärmen kann, so dass ein die zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3 durchströmendes Fluid erwärmbar ist.
Die Wärmeübertragereinheit 3 bzw. die Wärmeübertragereinheiten 3 sind vorteilhaft für sich abgeschlossen ausgebildet und mit einem jeweiligen Zuflussanschluss und mit einem Abflussanschluss versehen. Diese Anschlüsse sind je nach Fluidverschaltung miteinander fluidverbunden, wobei das Gehäuse 2 der elektrischen Heizvorrichtung 1 einen Zuflussanschluss 7 für den Zufluss eines Fluids aufweist und einen Abflussanschluss 8 zum Abfluss des Fluids aufweist. Außerhalb des Gehäuses 2 oder innerhalb des Gehäuses 2 wird dann das einströmende Fluid vom Zuflussanschluss 7 auf die jeweils vorgesehenen Wärmeübertragereinheiten 3 verteilt und von diesen wieder gesammelt und zum Abflussanschluss 8 abgeleitet.
Dadurch kann durch die jeweilige Wärmeübertragereinheit 3 ein zu erwärmendes Fluid strömen, welches von dem zumindest einen Heizregister 4 erwärmt wird.
Dabei ist das zumindest eine Heizregister 4 in einem thermischen Kontakt mit der zumindest einen Wärmeübertragereinheit 3, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Heizregister 4 und der zumindest einen Wärmeübertragereinheit 3 ermöglicht ist, wobei der Wärmeaustausch von dem Heizregister 4 auf das die Wärmeübertragereinheit 3 durchströmende Fluid erfolgt. Dieses Fluid wird erwärmt und kann anderweitig durch einen Heizungswärmetauscher strömen und beispielsweise den Passagierraum oder andere Aggregate, wie beispielsweise eine Batterie, erwärmen.
In dem Gehäuse 2 ist weiterhin eine Steuereinheit 5 vorgesehen, zur Steuerung des zumindest einen Heizregisters 4. Dabei wird die Steuereinheit 5 von einem Gehäuseteil 6 des Gehäuses 2 abgedeckt, vorzugsweise abgedichtet und nach außen hin gekapselt, so dass weder Feuchtigkeit noch Staub oder Schmutz etc. eindringen können.
Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung 1 in einer Explosionsdarstellung. Man erkennt ein unteres Gehäuseteil 101 des Gehäuses 2. Darin wird eine erste Wärmeübertragereinheit 3 angeordnet. Diese weist jeweils einen eigenen Zuflussanschluss 107 und einen eigenen Abflussanschluss 108 auf. Diese sind mit Fluidleitungs- und Verteilmitteln 120 verbunden, welche ein Fluid ausgehend von dem Zuflussanschluss 7 zur Wärmeübertragereinheit 3 führen und von der Wärmeübertragereinheit 3 wieder zum Abflussanschluss 8 abführen.
Weiterhin ist ein Heizregister 4 vorgesehen. Dieses Heizregister 4 ist auf der ersten Wärmeübertragereinheit 3 angeordnet, insbesondere darauf befestigt, wie verklebt oder verpresst oder verrastet etc. Auf dem derart angeordneten Heizregister 4 ist eine weitere Wärmeübertragereinheit 3 angeordnet, insbesondere darauf befestigt, wie verklebt oder verpresst oder verrastet etc. Auf der zweiten, oberen Wärmeübertragereinheit 3 ist mittels eines Halterahmens 70 die Platine 40 der Steuereinheit 5 mit ihren elektronischen Bauelementen und/oder Leistungsschaltern 50 angeordnet. Dies abdeckend und mit dem ersten Gehäuseteil 101 abdichtend verbindbar ist ein zweites Gehäuseteil 102 vorgesehen.
Vorteilhaft weist die zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3 zumindest einen Zuflussanschluss 107 und zumindest einen Abflussanschluss 108 auf, so dass durch den Zuflussanschluss 107 ein Fluid in die Wärmeübertragereinheit 3 einströmen kann und aus dem Abflussanschluss 108 das Fluid wieder aus der Wärmeübertragereinheit 3 ausströmen kann.
Dabei ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, dass das Gehäuse 2 das zumindest eine Heizregister 4, die zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3 und die Steuereinheit 5 abdichtend umschließt. Entsprechend sind diese Komponenten vor Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit und Schmutz geschützt.
Dabei ist das Gehäuse 2 jedoch so ausgebildet, dass der zumindest eine Zuflussanschluss 7 und der zumindest eine Abflussanschluss 8 aus dem Gehäuse ragen oder an diesem direkt befestig oder ausgebildet sind. Dabei bedeutet dies auch, dass der Zuflussanschluss und der Abflussanschluss auch von dem Gehäuse selbst abragen können, siehe die 1 bis 7.
Die 1 und 2 zeigen die Gestalt der elektrischen Heizeinrichtung 1 mit dem Gehäuse 2, das mehrteilig ausgebildet ist. Dabei ist das Gehäuse 2 durch einen unteren Boden 9 als erstes Gehäuseteil 101, einen oberen Deckel 10 als oberen Gehäuseteil 102 und optional mit einer Abdeckung als Gehäuseteil 6 für die Steuereinheit 5 gebildet. Dabei kann das Gehäuseteil 6 aber auch einteilig mit dem oberen Gehäuseteil 102 ausgebildet sein. Auch können mehrere Teile des Gehäuses 2 vorgesehen sein, die miteinander abgedichtet verbunden sind bzw. werden.
Das Ausführungsbeispiel zeigt zwei Wärmeübertragereinheiten 3, zwischen welchen ein Heizregister 4 angeordnet ist. Alternativ können auch mehr als zwei Wärmeübertragereinheiten 3 vorgesehen sein, wobei dann vorteilhaft zwischen den Wärmeübertragereinheiten 3 oder zwischen jeweils zwei Wärmeübertragereinheiten jeweils zumindest ein Heizregister 4 vorgesehen ist. Die Wärmeübertragereinheiten 3 und die Heizregister 4 wechseln sich dann vorteilhaft ab.
Vorteilhaft ist es, wenn eine Fluidverbindung zwischen zumindest zwei der Wärmeübertragereinheiten 3 innerhalb des Gehäuses 2 oder alternativ auch außerhalb des Gehäuses 2 erfolgt. In den 3 bis 7 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei welchem das Fluid durch den Zuflussanschluss 7 einströmt und aus dem Zuflussanschluss 8 ausströmt. Die erste Wärmeübertragereinheit 3 hat innerhalb des Gehäuses zwei eigene Anschlüsse als Zuflussanschluss 107 und Abflussanschluss 108 und die zweite Wärmeübertragereinheit weist ebenso jeweils einen Zuflussanschluss 107 und einen Abflussanschluss 108 auf. Dabei ist weiterhin ein jeweiliges Fluidleitungs- und Verteilmittel 120 als y-förmiges Rohr vorgesehen, welches einströmseitig die Zuflussanschlüsse 107 verbinden bzw. abströmseitig die Abflussanschlüsse 108 verbindet.
Dadurch wird erreicht, dass die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 parallel durchströmt werden. Alternativ könnte das Fluid aber auch seriell erst die Wärmeübertragereinheit 3, 14 durchströmen und danach die Wärmeübertragereinheit 3, 15, so dass das Fluid von der ersten Wärmeübertragereinheit 14 zur zweiten Wärmeübertragereinheit 15 geleitet wird und wieder zurückgeleitet wird.
Die beiden Wärmeübertragereinheiten 3 bzw. 14, 15 sind vorteilhaft für sich abgeschlossen ausgebildet, beispielsweise aus einem Aluminiumblech hergestellt. So kann jeder der Wärmeübertragereinheiten beispielsweise aus zwei metallischen Scheibenelementen ausgebildet sein, die miteinander verbunden sind und einen Fluidkanal einschließen, der von dem Fluid durchströmt werden kann. Alternativ sind aber auch andere Fertigungsverfahren möglich. So kann jede der Wärmeübertragereinheiten aus einem Boden 9 und aus einem Deckel gefertigt und montiert sein, die miteinander verbunden sind, wie beispielsweise verlötet sind.
Dazu bildet der Boden 9 und der Deckel 10 jeweils einen integrierten Fluidkanal 16 aus, welcher von einem Fluid durchströmbar ist. In diesem Fluidkanal 16 können Turbulenzeinlagen 17, Dimpel 18, eine Trennwand 19 und/oder andere den Wärmeübertrag erhöhende und/oder das Fluid lenkende Elemente vorgesehen sein. In den 7 und 8 ist zu erkennen, dass eine Trennwand 19 vorgesehen ist, so dass die Wärmeübertragereinheit 3 u-förmig durchströmt wird. Dabei können die Dimpel 18 auch als Fixierlaschen ausgebildet sein.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das jeweilige Heizregister 4 jeweils zwischen dem mit dem Boden 9 und dem Deckel 10 integrierten Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 angeordnet und durch das abdichtende Verschließen des Gehäuses 2 integriert.
Die erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung 1 weist vorzugsweise mindestens ein Heizregister 4 und mindestens eine fluiddurchströmbare Wärmeübertragereinheit 3 auf, welche miteinander in thermischen Kontakt sind, so dass im Heizregister 4 entstehende Wärme an das Fluid, wie das flüssige Kühlmittel o.Ä., abgegeben werden kann. Weiterhin ist eine elektronische Steuereinheit 5 vorgesehen und insbesondere ein alles umhüllendes abdichtendes Gehäuse 2 vorgesehen.
Bevorzugt ist das zumindest eine Heizregister 4 an seinen beiden großflächigen Seiten im Sandwich von je einer Wärmeübertragereinheit 3, 14, 15 benachbart bzw. umgeben und mit diesen jeweils in Kontakt. Alternativ können auch mehrere Heizregister 4 und Wärmeübertragereinheiten 3 abwechselnd aufeinander in Stapelbauweise angeordnet sein, beispielsweise mittels einer modularen Bauweise für verschiedene Leistungsklassen und/oder für eine größtmögliche Variabilität der Bauabmessungen.
Der mindestens eine kühlmitteldurchströmte Bereich, also die mindestens eine Wärmeübertragereinheit 3 ist vorteilhaft in sich dicht bzw. geschlossen gekapselt.
Diese Kühlmittelkapselung bzw. -umschließung erfolgt bevorzugt durch eine Formgebung der Strömungsführung und der Fluidkanäle 16, bevorzugt aus Aluminium. Dazu können Wannen, platten Halbschalen etc. eingesetzt werden, um die Fluidkanäle auszubilden.
Zwischen den Wannen, Platten, Halbschalen o.Ä., also in dem Fluidkanal 16, wie in den Wärmeübertragereinheiten können gezielt Turbulenzerzeuger 17, Dimpel 18 und/oder Strömungsführungsmittel zur Leistungssteigerung und Druckabfallminimierung eingebracht sein, siehe die Elemente 17 und 19. Diese
Turbulenzerzeuger/Strömungsführungsmittel 17, 19 können als separate Einlegeteile eingebracht und stoffschlüssig mit der Wandung des Fluidkanals verbunden sein oder einteilig mit dieser ausgebildet sein. Eine Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Kleben oder Verlöten. Alternativ können die Elemente 17, 19 zur Strömungsführung und Turbulierung direkt in dem Boden 9 oder dem Deckel 10 der Wärmeübertragereinheit 3 eingeprägt oder vorgeformt sein.
Die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 bestehen beispielsweise aus jeweils einem wannenförmigen Gehäuseteil 9, 10 inklusive separater oder integrierter Turbulierungselemente 17, 18, wobei die Gehäuseteile 9, 10 vorteilhaft verlötet oder verklebt oder anderweitig verbunden sind oder beispielsweise diese Teile miteinander über ein Dichtungselement verpresst sind.
Im Falle der Verpressung der Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 erfolgt die Verpressung beispielsweise als gesamter Stapel des Sandwiches der Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 mit dem bzw. den Heizregistern 4.
Im Falle der Verklebung der Wärmeübertragereinheit 3, 14, 15 kann das mit der Wandung des Fluidkanals verbundene oder verlötete Turbulenzelement 17 beispielsweise gleichzeitig mit der Innenseite des Bodens bzw. des Deckels 9, 10 verklebt werden. Alternativ kann das Turbulenzelement 17 bzw. können die Turbulenzelemente 17 auch mechanisch mittels Fixierlaschen, Bajonettverschluss o.Ä. verbunden sein, wie auch verlötet sein.
Die so vorab fertig komplettierten Wärmeübertragereinheiten 3, 14 15 können beispielsweise auch separat hergestellt und dichtgeprüft werden.
Die mit den Turbulenzelementen 17, 18 bestückten, als eine Einheit voll verklebten oder verlöteten bzw. mechanisch komplettierten und abgedichteten Wärmeübertragereinheiten erfüllen darüber hinaus hohe Berstdruck- bzw. Festigkeitsanforderungen. Diese könnten auch durch weitere Maßnahmen, wie beispielsweise eine Außenverrippung des Bodens oder des Deckels noch weiter verbessert sein.
Die 8 zeigt, dass in den Boden 9 der Wärmeübertragereinheit Turbulenzeinlagen 17 eingelegt sind, wobei die Turbulenzeinlagen 17 beiderseits der Trennwand und an einer Stirnseite angeordnet sind, um eine u-förmige Durchströmung zu erreichen.
Die Fluiddurchströmung innerhalb einer Wärmeübertragereinheit 3, 14, 15 kann einfach durchströmt sein oder u-förmig mit einer u-förmigen Umlenkung des Fluids erfolgen. Auch können anderweitige Durchströmungen vorgesehen sein.
Die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 können parallel oder auch seriell zueinander durchströmt werden. Maßgebend für die Gestaltung der Durchströmung und der Verschaltung der Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 ist der einzustellende kühlmittelseitige Druckabfall, der abhängig von dem gewünschten Volumenstrom, den Kanalgeometrien innerhalb der Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 und der Pumpenleistung ist.
Wie es in den 1 bis 9 beispielhaft gezeigt ist, sind die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 in Paralleldurchströmung angeordnet, wobei die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 über die als y-förmiges Rohr ausgebildeten Fluidleitungs- und Verteilmittel 120 parallel geschaltet sind. Ein Höhentoleranzausgleich zwischen den Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15, welcher aufgrund der stapel- bzw. sandwichartigen Verbindung der Wärmeübertragereinheit 3, 14, 15 - Heizregister 4 - Wärmeübertragereinheit 3, 14, 15 zu gewährleisten vorteilhaft ist, kann beispielsweise mittels der y-förmigen Rohre der Fluidleitungs- und Verteilmittel 120 erfolgen, indem diese etwas verdreht werden, damit eine laterale Verschiebung der Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 zu einer Höhen- bzw. Abstandsanpassung der Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 führt.
Alternativ können die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 auch außerhalb der eigentlichen Wärmeübertragereinheiten oder außerhalb des Gehäuses 2 mittels möglichst symmetrischer Anschluss- oder Verteilrohre oder -elemente, beispielsweise y-förmiger oder gabelförmiger Verteilstücke, für eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels auf die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 verbunden werden. Dazu können die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 jeweils zwei Rohranschlussstutzen aufweisen, die in geeigneter Weise über die y-förmigen oder gabelförmigen Verteilstücke miteinander verbunden werden. Für eine serielle Durchströmung sind entsprechend Umlenkrohre oder -elemente zwischen den Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 vorgesehen.
Die Verteilelemente bei Paralleldurchströmung bzw. Umlenkelemente bei serieller Durchströmung werden optional außen an den Wärmeübertragereinheiten angebracht, beispielsweise über eine lösbare oder unlösbare mechanische Schnellkupplung oder sie können auch angeflanscht sein.
Der Höhentoleranzausgleich zwischen den Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 kann im Fall der externen Verbindung beispielsweise mittels parallelogrammartiger Verschiebung der Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 zueinander bei gleichzeitiger geringfügiger und gleichartiger Verdrehung der y-förmigen oder gabelförmigen Verteilstücke ermöglicht sein. Dies bedeutet, dass ein geringfügiger Höhenunterschied umgewandelt wird in eine geringfügige horizontale Querverschiebung der Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 zueinander.
Die 9 zeigt die Anordnung des Heizregisters 4 auf der unteren Wärmeübertragereinheit 3. Auf das gezeigte Heizregister 4 wird dann beispielsweise noch eine zweite Wärmeübertragereinheit 3 aufgesetzt, auf welche beispielsweise die Steuereinheit 5 aufgesetzt werden kann, bevor das Gehäuse 2 abgedichtet geschlossen wird. Dabei sind die Heizelemente 30 beispielsweise in fünf Reihen zu je acht Heizelementen 30 angeordnet. Diese Heizelemente 30 sind dabei in drei Gruppen angeordnet, also in zwei Gruppen zu sechzehn Heizelementen 30 und eine Gruppe zu acht Heizelementen 30. Diese werden durch die Ausbildung der Kontaktelemente 31, 32, wie der Kontaktbleche, definiert gruppiert und miteinander verschaltet.
Die 10 zeigt eine Ansicht der elektrischen Heizeinrichtung 1 mit Wärmeübertragereinheiten 3, einem Heizregister 4 zwischen den Wärmeübertrageeinheiten 3 und mit einer auf die obere Wärmeübertragereinheit 3 aufgesetzten Steuereinheit 5.
Die 11, 12, 14 und 15 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei welchem die Verteilung des Fluids zwischen den Wärmeübertragereinheiten 3 nicht über eingangsseitige Zuleitungen 160 verteilt wird, sondern durch interne Kanäle 150 unmittelbar zwischen den Wärmeübertragereinheiten 3. Die Kanäle 150 werden gebildet, durch in Öffnungen 152 der Seitenflächen der Wärmeübertragereinheiten 3 eigesetzte Verbindungskanalelemente 151 oder durch Krägen, die von den Wärmeübertragereinheiten an ihrer Seitenfläche abragen und die vorteilhaft ineinandergreifen oder die in eine gegenüberliegende Öffnung eingreifen. Als Mittel zur Abstandskalibrierung können zwischen den Wärmeübertragereinheiten 3 abstandswahrende Mittel vorgesehen sein, welche den Abstand für die zwischen den Wärmeübertragereinheiten angeordneten Heizregister einstellen. Die Zuleitungen 160 sind als einfache, gerade Rohre ausgebildet, die ohne y-förmige Gablung auskommen können. Diese werden an den jeweiligen Zuflussanschluss 107 bzw. Abflussanschluss 108 einer der Wärmeübertragereinheiten 3 angeschlossen, weil die Verteilung des Fluids von einer Wärmeübertragereinheit zur anderen Wärmeübertragereinheit durch die Kanäle 150 erfolgt.
Die 13, 16 und 17 zeigen das Heizregister 4 im Detail. Es besteht aus einer Anordnung von PTC-Elementen 30 oder von Widerstandsheizelementen 30, welche sich bei elektrischem Stromfluss erwärmen. Zur Anschlusskontaktierung der Elemente 30 sind Kontaktbleche 31, 32 vorgesehen, die beiderseits der Elemente 30 angeordnet sind. Dabei können die Kontaktbleche in Gruppen 33 angeordnet sein, je nachdem, wie die Anzahl der Elemente 30 verschaltet bestromt werden. In 13 ist zu erkennen, dass drei Gruppen 33 von Elementen 30 angeordnet sind, die jeweils als Gruppe 33 bestromt gesteuert werden können. Beiderseits der Kontaktbleche 31, 32 sind weiterhin elektrische Isolationselemente 34 vorgesehen, um die Kontaktbleche 31, 32 gegenüber den Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 elektrisch zu isolieren. Die Kontaktbleche 31, 32 weisen seitliche Kontaktzungen 35 auf, die rechtwinklig zur Ebene der Kontaktbleche 31, 32 abragen.
Weiterhin ist eine Verbindungsleiste 36 oder ein Verbindungsrahmen 36 vorgesehen, welche bzw. welcher die Montage und die mechanische Verbindung der Kontaktbleche 31, 32 bewirkt. Die Kontaktfahnen 35 stehen mit der Steuereinheit 5 in elektrischer Verbindung, siehe die 5, 10 und 18.
Die Steuereinheit 5 ist auf einer Platine 40 angeordnet bzw. mit einer solchen ausgebildet, welche auch integrierte elektronische Bauelemente und/oder Leistungsschalter 50 aufweist bzw. trägt. Diese Steuereinheit 5 ist in die elektrische Heizeinrichtung 1 integriert und thermisch an die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 angekoppelt, so dass die Abwärme der Steuereinheit 5 an die Wärmeübertragereinheiten 3, 14, 15 abgegeben werden kann, so dass die Abwärme das Fluid zusätzlich erwärmen kann.
Das zumindest eine Heizregister 4 kann eine vordefinierte Anzahl von Heizelementen 30, vorzugsweise PTC-Heizelementen, aufweisen. Diese Elemente 30 sind vorzugsweise in einer Ebene angeordnet. Im Ausführungsbeispiel der 13 sind insgesamt 40 Heizelemente beispielhaft dargestellt. Die Anzahl kann jedoch variieren.
Das Heizregister 4 selbst kann in eine oder mehrere Leistungs- bzw. Heizstufen unterteilt sein, siehe die 13. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Stufen vorgesehen, eine erste Stufe mit acht Heizelementen und zwei Stufen mit je sechzehn Heizelementen. Alle Leistungsstufen haben jeweils eine eigene Kontaktelektrode 32 zur Stromzuleitung vom Pluspol. Die Stromausleitung, mit dem Minuspol oder Masseanschluss verbunden, kann über eine für alle Stufen gemeinsame Kontaktelektrode 31 erfolgen.
Die Anzahl der Heizregister 4 ist modular wählbar und insbesondere abhängig von der gewünschten Leistungsfähigkeit. Ebenso kann aber auch die Größe eines Heizregisters entsprechend gewählt werden.
Eine vorteilhafte Anzahl von Heizregistern 4 ist eins bis fünf. Eine vorteilhafte Anzahl von Heizelementen je Heizregister ist ca. zwei, drei bis etwa fünfundzwanzig bzw. dreißig. Die Heizelemente 30 haben eine Dicke von 1 - 4 mm. Die Heizelemente 30 sind vorteilhaft mit einem definierten Abstand zueinander im Heizregister 4 positioniert, wobei die Heizelemente 30 durch Verklebung oder Verpressung auf den Kontaktelektroden 31, 32 fixiert sind. Der Abstand der Heizelemente 30 zueinander verhindert, dass die Heizelemente 30 sich gegenseitig thermisch beeinflussen und sich gegenseitig abregeln.
Um die Heizelemente 30 herum oder zumindest auf der Seite der Anordnung der Heizelemente 30, wo die Kontaktierung zur Leiterplatine hinführt, ist zusätzlich ein Verbindungsrahmen oder eine Verbindungsleiste 36 zwischen den Kontaktelektroden fixiert, wie verklebt oder verpresst. Dieser Verbindungsrahmen oder die Verbindungsleiste 36 ist vorzugsweise aus Kunststoff und hat folgende Aufgaben:

- Schutz der Isolation 34 vor Knicken und somit vor elektrischem Durchschlag. Die Isolation 34 deckt die Wärmeübertragereinheit ab, um die einzuhaltende Luft- und Kriechstrecke zu überdecken.
- Führung und Schutz der elektrischen Kontaktfahnen 35 zur Platine 40.
- Positionierung der kompletten Wärmeübertragereinheit im/in den Außengehäuseteilen 2 der Wärmeübertragereinheiten mittels Positionierstiften 37 an der Leiste oder dem Rahmen 36.
- Positionierung der auf der oberen Wärmeübertragereinheit zu fixierenden Platine 40 mit Bestückung über einen separaten Halterahmen mittels weiterer Positionierstifte 37. Die Platine 40 mit Bestückung wird an einem Halterahmen befestigt, welcher wiederum über die Positionierstifte 37 des besagten Verbindungsrahmens 36 bzw. der Verbindungsleiste 36 aufgenommen und auf Position gehalten ist. Der Halterahmen kann seinerseits gleichzeitig als Transportrahmen für die Platine mit Bestückung bei deren Versand dienen.

Bei der Montage bzw. Kontaktierung der Oberflächen von Heizregister 4 und Wärmeübertragereinheit 3 ist eine dazwischen befindliche elektrische Isolierung 34 beispielsweise als Folie vorgesehen. Das Isolationsmaterial als Isolationsfolie o.Ä. zur elektrischen Isolierung zu dem bzw. den elektrisch leitenden Außengehäusen 2 oder Oberflächen der Wärmeübertragereinheiten kann auf den beiden Oberflächen des Heizregisters verklebt sein.
Das Heizregister 4 inkl. der Isolation kann auf die Oberfläche der ersten Wärmeübertragereinheit 3 geklebt sein, wobei anschließend die zweite Wärmeübertragereinheit 3 auf die noch freie Oberseite des Heizregisters 4 inkl. Isolation geklebt ist bzw. wird. Die Reihenfolge der Verklebung kann auch umgekehrt werden und das Isolationsmaterial 34 kann erst auf die Oberfläche der Wärmeübertragereinheit 3 geklebt werden und danach kann erst das Heizregister 4 und die jeweilige Wärmeübertragereinheit 3 miteinander im Stapel geklebt werden.
Alternativ kann das Isolationsmaterial 34 auch nur zwischen Heizregister 4 und Wärmeübertragereinheit 3 eingelegt und der ganze Stapel verpresst werden. Dabei ist eine dauerhafte Verpressung vorteilhaft zur Fixierung des Stapels und zur Erreichung eines möglichst guten Wärmeübergangs von den Heizelementen 30 bis zum Fluid.
Diese dauerhafte Verpressung kann über das Gehäuse 2 erfolgen. Auch kann die Verpressung auch durch zusätzliche separate Bauteile erfolgen.
Auch kann Fett o.Ä. zur weiteren Erhöhung des Wärmeübergangs an den Kontaktbereichen eingebracht werden.
Das Isolationsmaterial 34 kann fest sein, beispielsweise als eine Folie. Dieses kann dabei hart oder weich sein, also kompressibel oder inkompressibel.
Das Isolationsmaterial 34 kann aber auch flüssig auf die Oberflächen aufgebracht werden, beispielsweise als Beschichtung oder als Lack. Das Heizregister 4 oder auch die Oberfläche der Wärmeübertragereinheit 3 können von dem Isolationsmaterial 34 umspritzt sein oder darin eingetaucht sein. Das Isolationsmaterial 34 kann außerdem aushärtend oder nicht aushärtend sein.
Optional kann auch eine Anschlusseinrichtung des Heizregisters 4 vorgesehen sein, die durch eine Durchführungsöffnung in einem Gehäuseteil ausgebildet ist. Darauf kann die Steuereinheit 5 angeordnet sein und mit einem weiteren Gehäuseteil abgedeckt sein. Dabei ist die Steuereinheit 5 beispielsweise von einem Abschlussdeckel 6 abgedeckt, welcher an einem Gehäuseteil abgedichtet verbunden ist.
Die Anbindung der Steuereinheit 5 an die obere Wärmeübertragereinheit 3 erfolgt vorteilhaft über einen Halterahmen 70, der sowohl die Platine 40 als auch die daran befindlichen elektronischen Bauteile 50 auf Position hält und befestigt. Der Halterahmen 70 kann dabei gleichzeitig als Transportrahmen dienen.
Die Platine 40 als Leiterkarte ist direkt auf dem Transport- bzw. Halterahmen 70 befestigt oder verschraubt o.Ä. und mit den elektronischen Bauelementen 50 verbunden, vorzugsweise verlötet, welche wiederum in den für sie vorgesehenen Ausbuchtungen oder Vertiefungen o.Ä. des Halterahmens 70 aufgenommen und befestigt sind.
Der Halterahmen 70 ist vorzugsweise aus Kunststoff und wird während des Positioniervorgangs mittels der Positionierstifte 37 des/der im Heizregister 4 verbauten Verbindungsrahmens 36 bzw. Verbindungsleiste 36, vorzugsweise auf der Oberseite der oberen Wärmeübertragereinheit 3, verklebt, wobei auch andere Befestigungen möglich sind, beispielsweise Verclipsen o.Ä.
Alternativ kann die Funktion des Halterahmens 70 auch direkt auf der Oberseite des Gehäuses 2 ausgeformt oder direkt mit angespritzt sein.
Die Kühlung der elektronischen Bauelemente 50 oder der Leistungstransistoren erfolgt mittels großflächiger Anbindung der elektronischen Bauelemente 50 oder der Leistungstransistoren auf der Oberseite einer Wärmeübertragereinheit 3.
Im Falle beispielsweise eines Aluminiumdruckgussgehäuses kann die Abwärme der Leistungselektronik über die thermisch gut leitende Aluminium-Oberfläche der Wärmeübertragereinheit an das Kühlmittel abgegeben werden. So kann die Leistungselektronik vor Überhitzung geschützt werden und ebenso kann die Abwärme der Elektronik zur Erwärmung des Kühlmittels genutzt werden.
Im Falle eines Kunststoffgehäuses kann für eine gute Kühlung der elektronischen Bauelemente 50 oder der Leistungstransistoren in das Gehäuse der Wärmeübertragereinheit eine Aussparung vorgesehen werden, in der wiederum eine gut wärmeleitende Oberfläche, bevorzugt eine zusätzliche Aluminiumplatte, eingebracht wird.
Alternativ zu der zusätzlichen Aluminiumplatte ist auch eine lokal andere Kunststoffart mit höherer Wärmeleitfähigkeit im Bereich des Gehäuses, beispielsweise mittels zusätzlich eingebrachter gut wärmeleitfähiger Partikel o.Ä., im Kühlbereich der elektronischen Bauelemente oder der Leistungstransistoren vorsehbar.
Die Anbindung der elektronischen Bauelemente oder der Leistungstransistoren auf der Aluminium-Oberfläche 80 der Wärmeübertragereinheit 3 erfolgt beispielhaft über ein Trägersubstrat, wie eine Keramikplatte, und eventuell eine Wärmeleitpaste oder einen Wärmeleitkleber insbesondere sowohl zwischen den elektronischen Bauelementen oder den Leistungstransistoren und dem Trägersubstrat als auch zwischen dem Trägersubstrat und der Aluminium-Oberfläche. Alternativ können die elektronischen Bauelemente oder die Leistungstransistoren aber auch über ein zwischenliegendes Wärmeleitmaterial auf der Aluminium-Oberfläche 80 mittels Federn o.Ä. dauerhaft angepresst werden.
Alternativ können die elektronischen Bauelemente oder die Leistungstransistoren auch als SMD-Bauteile ausgeführt sein. SMD-Bauteile werden bevorzugt direkt auf die Oberfläche der Platine gelötet.
Alternativ können die elektronischen Bauelemente oder die Leistungstransistoren auch anderweitig auf der Platine angebracht werden.
Die elektrische Kontaktierung der Platine 40 mit dem Heizregister 4 erfolgt in der Regel senkrecht zur Strömungsführung des zu erwärmenden Fluids. Hierfür sind die Kontaktfahnen 35 des Heizregisters 4 senkrecht zur Ebene des Heizregisters 4 abragend ausgebildet.
Im Falle einer seitlichen Anbindung der Elektronik bzw. auch im Falle nur einer seitlich angebrachten Busbar bei oben aufliegender Elektronik ist dagegen keine Abwinklung der Kontaktfahnen notwendig, die Kontaktfahnen 35 können also auch in der Ebene des Heizregisters liegen.
Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die elektrische Heizeinrichtung 1 mit einem Gehäuse 2 ausgebildet ist, wobei in dem Gehäuse 2 zumindest ein Wärmeübertragereinheit 3 oder zwei, insbesondere gegenüber dem Gehäuse 2 abgeschlossene, fluiddurchströmbare Wärmeübertragereinheiten 3 und zumindest ein Heizregister 4 angeordnet sind. Dabei steht das zumindest eine Heizregister 4 in thermischem Kontakt mit zumindest einer Wärmeübertragereinheit 3 oder mit zwei der Wärmeübertragereinheiten 3 zum Wärmeaustausch zwischen dem Heizregister 4 und der jeweiligen Wärmeübertragereinheit 3. In dem Gehäuse 2 ist weiterhin eine Steuereinheit 5 vorgesehen zur Steuerung des zumindest einen Heizregisters 4.
Die jeweilige Wärmeübertragereinheit 3 weist jeweils zumindest einen Zuflussanschluss 107 und zumindest einen Abflussanschluss 108 auf, wobei die Wärmeübertragereinheiten 3 derart fluidströmungsverschaltet sind, dass sie seriell und/oder parallel durchströmbar sind. Dadurch kann je nach Bedarf und Bauraum eine geeignete Verschaltung gewählt werden.
Zur Verschaltung der Wärmeübertragereinheiten 3 sind Fluidleitungs- und verteilungsmittel 120 vorgesehen zum Verbinden von zumindest einem ersten Zuflussanschluss 107 einer ersten Wärmeübertragereinheit 3 mit einem zweiten Zuflussanschluss 107 einer zweiten Wärmeübertragereinheit 3 und/oder zum Verbinden von zumindest einem ersten Abflussanschluss 108 einer ersten Wärmeübertragereinheit 3 mit einem zweiten Abflussanschluss 108 einer zweiten Wärmeübertragereinheit 3, siehe beispielsweise 7, und/oder zum Verbinden von zumindest einem Abflussanschluss 108 einer ersten Wärmeübertragereinheit 3 mit einem Zuflussanschluss 107 einer zweiten Wärmeübertragereinheit 3.
Die Fluidleitungs- und verteilungsmittel 120 sind mit einem Zuflussanschluss 107 und/oder mit einem Abflussanschluss 108 verbunden, wobei die Verbindung zwischen dem Fluidleitungs- und verteilungsmittel 120 und dem Zuflussanschluss 107 oder dem Abflussanschluss 108 eine Dichtstelle 200 ausbildet, welche die Verbindung abdichtet.
Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn einzelne der Dichtstellen 200 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sind. Auch kann es sein, dass alle Dichtstellen 200 innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sind.
Alternativ können auch einzelne der Dichtstellen 200 außerhalb des Gehäuses 2 angeordnet sein. Auch können alle Dichtstellen 200 außerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
Dabei können einzelne oder alle Fluidleitungs- und verteilungsmittel 120 als Rohrelement ausgebildet sein, welches einströmseitig anschließbar ist und ausströmseitig zum Verbinden von zumindest einem ersten Zuflussanschluss 107 einer ersten Wärmeübertragereinheit 3 mit einem zweiten Zuflussanschluss 107 einer zweiten Wärmeübertragereinheit 3 dient oder welches ausströmseitig anschließbar ist und einströmseitig zum Verbinden von zumindest einem ersten Abflussanschluss 108 einer ersten Wärmeübertragereinheit 3 mit einem zweiten Abflussanschluss 108 einer zweiten Wärmeübertragereinheit 3 dient oder einströmseitig zum Verbinden von zumindest einem Abflussanschluss 108 einer ersten Wärmeübertragereinheit 3 und abströmseitig zum Verbinden von zumindest einem Zuflussanschluss 107 einer zweiten Wärmeübertragereinheit 3 dient.
Auch kann es vorteilhaft sein, wenn das Rohrelement 300 y-förmig oder gabelförmig ausgebildet ist mit einem einströmseitigen rohrförmigen Bereich 302 und zumindest zwei ausströmseitigen rohrförmigen Bereichen 301 oder das Rohrelement y-förmig oder gabelförmig ausgebildet ist mit einem ausströmseitigen rohrförmigen Bereich 302 und zumindest zwei einströmseitigen rohrförmigen Bereichen 301 oder beiderseits y-förmig oder gabelförmig mit zumindest zwei einströmseitigen rohrförmigen Bereichen und zumindest zwei ausströmseitigen rohrförmigen Bereichen oder ein einfaches Rohrelement mit einem einströmseitigen rohrförmigen Bereich und einem ausströmseitigen rohrförmigen Bereich, siehe 7.
Dabei kann ein Fluidleitungs- und verteilungsmittel 120 auch ein Kragenelement aufweisen, welches an einer Wärmeübertragereinheit 3 ausgebildet ist und mit einer Öffnung oder einem Kragenelement einer anderen Wärmeübertragereinheit kooperiert.
Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass zumindest ein Heizregister 4 eine Mehrzahl an elektrisch aufheizbaren Heizelementen 30 und Kontaktelemente 31, 32 aufweist, welche die Heizelemente 30 elektrisch kontaktieren, wobei Verbindungsmittel 36 vorgesehen sind, welche mit den Kontaktelementen 31, 32 verbunden sind, welche die Kontaktelemente 31, 32 halten und/oder abstützen. Diese Verbindungsmittel 36 sind beispielsweise als zumindest eine Verbindungsleiste oder als mehrere Verbindungsleisten oder als Verbindungsrahmen ausgebildet. Als Kontaktelemente 31, 32 werden beispielsweise Kontaktbleche verstanden.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn die Heizelemente 30 in zumindest einer flächigen Anordnung angeordnet sind und die Kontaktelemente 31, 32 einer flächigen Anordnung die Heizelemente dieser flächigen Anordnung an einer ersten Seite und an einer gegenüberliegenden, beabstandeten zweiten Seite elektrisch kontaktieren. Dadurch kann ein gezielter Stromfluss durch die elektrischen Heizelemente 30 zu deren Erwärmung erreicht werden.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Kontaktelemente 31, 32 einer flächigen Anordnung erste Kontaktelemente 31 und zweite Kontaktelemente 32 aufweist, wobei die ersten Kontaktelemente 31 die Heizelemente 30 an der ersten Seite kontaktieren und die zweiten Kontaktelemente 32 die Heizelemente 30 an der zweiten Seite kontaktieren, wobei die ersten und die zweiten Kontaktelemente 31, 32 beabstandet zueinander angeordnet sind, derart, dass das Verbindungsmittel 36 oder die Verbindungsmittel 36 zwischen die ersten und die zweiten Kontaktelemente 31, 32 greifen. Dabei kann beispielsweise auch nur ein erstes oder zweites Kontaktelement oder mehrere davon vorgesehen sein und beispielsweise ein oder mehrere zweite Kontaktelemente.
Bevorzugt ist das Verbindungsmittel 36 als Verbindungsleiste oder als Verbindungsrahmen ausgebildet, an welche bzw. an welchen sich erste Kontaktelemente 31 und zweite Kontaktelemente 32 unter einem definierten Abstand zueinander abstützen, siehe 16 oder 17. So ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest ein Verbindungsmittel 36 als Verbindungsleiste an einer Seite der Kontaktelemente 31 und der Heizelemente 32 angeordnet ist und von der Seite kommend zwischen die Kontaktelemente 31, 32 greift. Die 16, 17 lassen erkennen, dass die Verbindungsleiste 36 teilweise zwischen die Kontaktelemente 31, 32 greift und damit den Abstand der Kontaktelemente 31, 32 definiert. Auch können alternativ zu den 16, 17 mehrere Verbindungsmittel 36 als Verbindungsleiste vorgesehen sein, welche jeweils an einer Seite der Kontaktelemente 31, 32 und der Heizelemente 30 angeordnet sind und von der Seite kommend zwischen die Kontaktelemente 31, 32 greifen. Dabei könnten auch mehrere Verbindungsmittel 36 als Verbindungsleiste vorgesehen sein, welche rahmenartig angeordnet sind oder dass ein Verbindungsmittel 36 als Verbindungsrahmen vorgesehen ist, welche oder welcher die Kontaktelemente 31, 32 und die Heizelemente 30 im Wesentlichen umgreifen, wobei die Verbindungsleisten oder der Verbindungsrahmen von außen kommend zwischen die Kontaktelemente 31, 32 greifen.
Zur Erreichung einer stabilen Gestaltung als vormontierbare Baueinheit von Heizelementen 30, Kontaktelementen 31, 32 und Verbindungsmittel 36 gegebenenfalls mit Isolation ist es auch vorteilhaft, wenn die Kontaktelemente 31, 32 mit dem Verbindungsmittel 36 oder mit den Verbindungsmitteln 36 verklebt oder verpresst sind. Auch ist es dabei vorteilhaft, wenn die Heizelemente 30 mit den Kontaktelementen 31. 32 verklebt sind und wenn optional eine Isolation auf den Kontaktelementen 31, 32 verklebt ist.
Zur einfacheren stabilen Gestaltung ist es auch vorteilhaft, wenn die Kontaktelemente 31, 32 als Kontaktbleche ausgebildet sind.
Zur elektrischen Kontaktierung weisen die Kontaktelemente 31, 32 Anschlusselemente 35 als Kontaktfahnen oder Kontaktzungen oder Anschlussbolzen auf. Diese sind einerseits mit dem jeweiligen Anschlusselement verbunden und können als Steckverbindung beispielsweise mit der Steuereinheit verbunden werden.
Ein Ausführungsbeispiel sieht vor, dass das Gehäuse 2 das zumindest eine Heizregister 4, die zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3, 14, 15 und die Steuereinheit 5 abdichtend umschließt und aus zumindest zwei Gehäuseteilen besteht, welche abdichtend miteinander verbunden sind. Dadurch kann eine einfachere Montage erreicht werden, siehe auch die 1 und 2. Es ist auch für einen einfacheren Anschluss der elektrischen Heizeinrichtung 1 vorteilhaft, wenn der zumindest eine Zuflussanschluss 7 und der zumindest eine Abflussanschluss 8 aus dem Gehäuse 2 ragen. Dies kann auch nur bedeuten, dass der zumindest eine Zuflussanschluss 7 und der zumindest eine Abflussanschluss 8 von dem Gehäuse 2 abragen und mit diesem verbunden oder einteilig ausgebildet sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind zumindest zwei Gehäuseteile 101, 102 in zumindest einer Teilungsebene 103 miteinander abdichtend verbindbar und/oder gegebenenfalls zumindest ein Gehäuseteil 104 auf ein anderes Gehäuseteil 102 abdichtend aufsetzbar.
Dabei ist gemäß der 2 und 3 die zumindest eine Teilungsebene auf der Höhe zumindest eines Zuflussanschlusses 7 und/oder zumindest eines Abflussanaschlusses 8 angeordnet und schneidet diesen vorteilhaft, insbesondere mittig. Alternativ oder zusätzlich ist es auch vorteilhaft, wenn zumindest eine Teilungsebene abseits zumindest eines Zuflussanschlusses 7 und/oder zumindest eines Abflussanschlusses 8 angeordnet ist, siehe beispielsweise die Teilungsebene 400 zwischen den Gehäuseteilen 104 und 102.
Zur sicheren abgedichteten Verbindung sind die Gehäuseteile 101, 102, 104 oder zumindest einzelne der Gehäuseteile 101, 102, 104 mittels einer formschlüssigen, stoffschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung abgedichtet miteinander verbunden, insbesondere auch unter Zwischenanordnung zumindest eines Dichtungselements. So können die Gehäuseteile 101, 102, 104 oder zumindest einzelne der Gehäuseteile mittels Verschraubung, Vercrimpung, Bördelung, Schlitzwellenbördelung, Verklebung, Verschweißung etc. miteinander verbunden sein. Auch können sie einteilig gespritzt sein.
Auch ist es vorteilhaft, wenn die in dem Gehäuse 2 angeordnete zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3 und/oder das zumindest eine Heizregister 4 und/oder die Steuereinheit 5 mittels an dem zumindest einen Heizregister 4 befestigten Positionierstiften 37 angeordnet und/oder gehalten sind, siehe die 16 und 17. Dazu können die Positionierstifte 37 des zumindest einen Heizregisters 4 in dem Gehäuse 2 oder in Gehäuseteilen 101, 102, 104 aufgenommen und gehalten sein.
Auch kann es vorteilhaft sein, wenn die in dem Gehäuse 2 angeordnete zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3 und/oder das zumindest eine Heizregister 4 und/oder die Steuereinheit 5 mittels einer Überanpressung zwischen Gehäuseteilen 101, 102, 104 entgegen einer internen Relativbewegung innerhalb des Gehäuses 2 beaufschlagt sind.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse 2 oder zumindest ein Gehäuseteil 101, 102, 104 ein elastisches oder dämpfendes Element 500 aufweist, welches aufgrund der Anpressung oder Überanpressung zwischen den Gehäuseteilen 101, 102 komprimiert wird und eine Beaufschlagung bewirkt. Dabei kann das elastische oder dämpfende Element 500 an dem Gehäuse 2 oder zumindest an einem Gehäuseteil 101, 102, 104 angebracht sein, wie angespritzt, umspritzt oder eingelegt sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die in dem Gehäuse 2 angeordnete zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3 und/oder das zumindest eine Heizregister 4 und/oder die Steuereinheit 5 als vormontierte Einheit in zumindest einem Gehäuseteil 101, 102, 104 angeordnet und befestigt ist, wie insbesondere verrastet und/oder verklebt etc. ist.
Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn das Gehäuse 2 zumindest zwei Gehäuseteile 101, 102 aufweist, welche die zumindest eine Wärmeübertragereinheit 3 und das zumindest eine Heizregister 4 aufnimmt, wobei ein weiteres Gehäuseteil 104 vorgesehen ist, welches mit einem der beiden Gehäuseteile 102 verbunden ist, welches die Steuereinheit 5 aufnimmt.
Die Erfindung betrifft grundsätzlich auch ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung 1 mit einem Gehäuse 2, zumindest einer Wärmeübertragereinheit 3, zumindest einem Heizregister 4 und einer Steuereinheit 5. Dabei ist vorteilhaft in dem Gehäuse 2 die zumindest eine, insbesondere gegenüber dem Gehäuse 2 abgeschlossene, fluiddurchströmbare Wärmeübertragereinheit 3 und das zumindest eine Heizregister 4 angeordnet, wobei das zumindest eine Heizregister 4 in thermischem Kontakt mit der zumindest einen Wärmeübertragereinheit 3 gebracht wird zum Wärmeaustausch zwischen dem Heizregister 4 und der zumindest einen Wärmeübertragereinheit 3, wobei in das Gehäuse 2 weiterhin die Steuereinheit 5 angeordnet wird, bevor das Gehäuse, insbesondere staubund/oder fluiddicht, verschlossen wird.
Dabei kann das zumindest eine Heizregister 4 mit einer Anzahl von Heizelementen 30 und Kontaktelementen 31, 32 derart vormontiert werden, dass die Heizelemente 30 zwischen zwei Ebenen von Kontaktelementen 31, 32 angeordnet sind. Alternativ können auch mehrere Ebenen von Heizelementen 30 vorgesehen sein, die jeweils zwischen Kontaktelementen 31, 32 angeordnet sind.
Für die Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung 1 können die Heizelemente 30 mit den Kontaktelementen 31, 32 dauerfest verbunden werden, insbesondere durch Verkleben und/oder Verpressen. Dabei können die Kontaktelemente 31, 32 auch mittels zumindest eines Verbindungsmittels 36 verbunden und lagefest angeordnet werden, insbesondere mittels einer Verbindungsleiste oder mittels eines Verbindungsrahmens.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Heizregister 4 beidseitig mit einer elektrischen Isolierung 34 auf den von den Heizelementen 30 abgewandten Seitenflächen der Kontaktelemente 31, 32 versehen ist, wobei die jeweilige elektrische Isolierung 34 auf die abgewandten Seitenflächen der Kontaktelemente 31, 32 platziert wird, insbesondere aufgeklebt und/oder mechanisch verbunden und/oder stoffschlüssig verbunden wird. Dadurch wird eine sichere lagefeste Isolierung erreicht, siehe 16.
Auch ist das mit der elektrischen Isolierung 34 versehene Heizregister 4 mit einer ersten Wärmeübertragereinheit 3 verbunden, wobei das Heizregister 4 mit einer ersten elektrischen Isolierung 34 der elektrischen Isolierungen 34 auf der Wärmeübertragereinheit 3 platziert und mit dieser verbunden wird, insbesondere aufgeklebt und/oder mechanisch verbunden und/oder stoffschlüssig verbunden wird. Nach dem Verbinden des Heizregisters 4 mit der ersten Wärmeübertragereinheit 3 kann eine zweite Wärmeübertragereinheit 3 auf einer der ersten Isolierung 34 gegenüberliegenden zweiten elektrischen Isolierung 34 platziert und mit dem Heizregister 4 verbunden werden, insbesondere aufgeklebt und/oder mechanisch verbunden und/oder stoffschlüssig verbunden werden.
Alternativ kann auch eine erste Wärmeübertragereinheit 3 mit einer elektrischen Isolierung 34 versehen werden, wobei die elektrische Isolierung 34 auf einer Seitenfläche der ersten Wärmeübertragereinheit 3 platziert und verbunden wird, insbesondere durch Verkleben und/oder mechanisches Verbinden und/oder stoffschlüssiges Verbinden, wobei anschließend ein Heizregister 4 mit einer Seitenfläche auf der elektrischen Isolierung 34 der ersten Wärmeübertragereinheit 3 platziert und verbunden wird, insbesondere durch Verkleben und/oder mechanisches Verbinden und/oder stoffschlüssiges Verbinden. Danach kann eine zweite Wärmeübertragereinheit 3 mit einer elektrischen Isolierung 34 versehen werden, wobei die elektrische Isolierung 34 auf einer Seitenfläche der zweiten Wärmeübertragereinheit 3 platziert und verbunden wird, insbesondere durch Verkleben und/oder mechanisches Verbinden und/oder stoffschlüssiges Verbinden, wobei anschließend die zweite Wärmeübertragereinheit 3 mit der elektrischen Isolierung 34 mit dem Heizregister 4 verbunden wird, welches bereits mit der ersten Wärmeübertragereinheit 3 verbunden ist, wobei das Verbinden der elektrischen Isolierung 34 der zweiten Wärmeübertragereinheit 3 mit dem Heizregister 4 insbesondere durch Verkleben und/oder mechanisches Verbinden und/oder stoffschlüssiges Verbinden erfolgt.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die elektrische Isolierung 34 als Folie, Lack oder Beschichtung aufgebracht wird, wie insbesondere als Kunststoffschicht.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die elektrische Isolierung 34 aufgelegt, aufgespritzt, durch Walzen, Sprühen oder Tauschen aufgebracht wird oder angespritzt oder umspritzt wird.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Isolierung 34 als kompressible oder inkompressible Isolierung vorgesehen ist.
Die Beschreibung beschreibt verschiedene Ausführungsbeispiele deren Merkmale grundsätzlich miteinander kombinierbar sind.
Die 19 und 20 zeigen die Platine 40 mit oder ohne den Halterahmen 70.
Der Verbindungsrahmen oder die jeweilige Verbindungsleiste dient auch dem Schutz der Isolation 34 vor Knicken und somit vor elektrischem Durchschlag. Die Isolation 34 deckt die Wärmeübertragereinheit 3 ab, um die einzuhaltende Luft- und Kriechstrecke zu überdecken. Auch dient er bzw. die der Führung und Schutz der elektrischen Kontaktfahnen 35 zur Platine 40. Auch dient er bzw. sie der Positionierung der kompletten Wärmeübertragereinheit 3 im Gehäuse 2 in den Gehäuseteilen 101, 102 etc. der Wärmeübertragereinheiten 3 mittels Positionierstiften 37 an der Leiste oder dem Rahmen 36.
Auch dient er bzw. sie Positionierung der auf der oberen Wärmeübertragereinheit zu fixierenden Platine 40 mit Bestückung über einen separaten Halterahmen mittels weiterer Positionierstifte. Die Platine 40 mit Bestückung wird an einem Halterahmen 70 befestigt, welcher wiederum über die Positionierstifte 37 des besagten Verbindungsrahmens 36 bzw. der Verbindungsleiste 36 aufgenommen und auf Position gehalten ist. Der Halterahmen 70 kann seinerseits gleichzeitig als Transportrahmen für die Platine 40 mit Bestückung bei deren Versand dienen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010060446 A1 [0015]
EP 1872986 A1 [0016]
EP 2637475 A1 [0016]
EP 2440004 B1 [0016]
DE 1020100660446 A1 [0021]

Claims

Elektrische Heizeinrichtung mit einem Gehäuse, wobei in dem Gehäuse zumindest eine, insbesondere gegenüber dem Gehäuse abgeschlossene, fluiddurchströmbare Wärmeübertragereinheit und zumindest ein Heizregister angeordnet sind, wobei das zumindest eine Heizregister in thermischem Kontakt mit der zumindest einen Wärmeübertragereinheit steht zum Wärmeaustausch zwischen dem Heizregister und der zumindest einen Wärmeübertragereinheit, wobei in dem Gehäuse weiterhin eine Steuereinheit vorgesehen ist zur Steuerung des zumindest einen Heizregisters, wobei die zumindest eine Wärmeübertragereinheit zumindest einen Zuflussanschluss und zumindest einen Abflussanschluss aufweist, ein Heizregister eine Mehrzahl an elektrisch aufheizbaren Heizelementen und Kontaktelemente aufweist, welche die Heizelemente elektrisch kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmittel vorgesehen sind, welche mit den Kontaktelementen verbunden sind, welche die Kontaktelemente halten und/oder abstützen.
Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente in zumindest einer flächigen Anordnung angeordnet sind und die Kontaktelemente einer flächigen Anordnung die Heizelemente dieser flächigen Anordnung an einer ersten Seite und an einer gegenüberliegenden, beabstandeten zweiten Seite elektrisch kontaktieren.
Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente einer flächigen Anordnung erste Kontaktelemente und zweite Kontaktelemente aufweist, wobei die ersten Kontaktelemente die Heizelemente an der ersten Seite kontaktieren und die zweiten Kontaktelemente die Heizelemente an der zweiten Seite kontaktieren, wobei die ersten und die zweiten Kontaktelemente beabstandet zueinander angeordnet sind, derart, dass das Verbindungsmittel oder die Verbindungsmittel zwischen die ersten und die zweiten Kontaktelemente greifen.
Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel als Verbindungsleiste oder als Verbindungsrahmen ausgebildet ist, an welche bzw. an welchen sich erste Kontaktelemente und zweite Kontaktelemente unter einem definierten Abstand zueinander abstützen.
Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Verbindungsmittel als Verbindungsleiste an einer Seite der Kontaktelemente und der Heizelemente angeordnet ist und von der Seite kommend zwischen die Kontaktelemente greift.
Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungsmittel als Verbindungsleiste vorgesehen sind, welche jeweils an einer Seite der Kontaktelemente und der Heizelemente angeordnet sind und von der Seite kommend zwischen die Kontaktelemente greifen.
Elektrische Heizeinrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Verbindungsmittel als Verbindungsleiste vorgesehen sind, welche rahmenartig angeordnet sind oder dass ein Verbindungsmittel als Verbindungsrahmen vorgesehen ist, welche oder welcher die Kontaktelemente und die Heizelemente im Wesentlichen umgreifen, wobei die Verbindungsleisten oder der Verbindungsrahmen von außen kommend zwischen die Kontaktelemente greifen.
Elektrische Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente mit dem Verbindungsmittel oder mit den Verbindungsmitteln verklebt oder verpresst sind.
Elektrische Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente als Kontaktbleche ausgebildet sind.
Elektrische Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente Anschlusselemente zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktelemente aufweisen, wie insbesondere Kontaktzungen.