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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere zur direkten oder indirekten Beheizung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizeinrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise einen beheizbaren Fahrzeuginnenraum auf. Dazu weisen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor üblicherweise einen im Kühlkreislauf eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Heizungswärmeübertrager auf, durch welchen heißes Kühlmittel strömt, das vom Verbrennungsmotor erwärmt wird. 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 erwärmt und dem Fahrzeuginnenraum zugeführt.
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Insbesondere Kraftfahrzeuge mit verbrauchsarmen Verbrennungsmotoren, die auch weniger Abwärme erzeugen und Kraftfahrzeuge mit Plug-In/Range Extender benötigen für die Innenraumbeheizung Zuheizeinrichtungen.
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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.
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Dabei ist vor allem in der Startphase und/oder bei geringen Außentemperaturen auch in sonstigen Betriebsphasen ein Zuheizen bzw. ein Heizen erwünscht oder notwendig.
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Hierfür sind elektrische Heizeinrichtungen bzw. Zuheizeinrichtungen bekannt geworden. Die Bezeichnungen Heizung und Zuheizung und die Bezeichnungen Heizer und Zuheizer werden im Nachfolgenden im Sinne der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.
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Bei elektrischen Heizeinrichtungen für hybridisierte Fahrzeuge oder für rein elektrisch betriebene Fahrzeuge ist der Stellenwert der elektrischen Heizung bzw. der Zuheizung noch größer, da eine Erwärmung der Fahrgastkabine über Abwärme des Verbrennungsmotors nur kaum oder gar nicht möglich ist. Bei solchen Kraftfahrzeugen werden elektrische Leistungen von etwa mehr als 3 kW benötigt. Dies bedeutet auch, dass eine hohe Leistungsdichte vorteilhaft ist. Bei solchen Kraftfahrzeugen liegt die Bordnetzspannung meist über 60 V, teilweise sogar über 400 V bis hin zu 800 V oder mehr. Aufgrund der hohen geforderten Heizleistungen am (Zu-)Heizer wird auch die elektrische Heizeinrichtung mit der hohen verfügbaren Spannung betrieben, um die im Betrieb auftretende Stromstärke möglichst gering zu halten. Eine solche Heizeinrichtung für Hochvoltanwendungen, also für Spannungen über 60 V, muss dabei derart ausgebildet sein, dass eine Gefährdung durch die Heizeinrichtung im Betrieb oder bei einer Wartung ausgeschlossen werden kann. Es muss also eine ausreichende Isolierung der stromführenden Teile gegenüber anderen, insbesondere äußeren Bauteilen vorgesehen sein, dass keine Gefährdung für Bediener oder Arbeiter am Fertigungsband oder in Werkstätten vorliegt.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Heizeinrichtung zu schaffen, die gegenüber dem Stand der Technik einfach und kostengünstig herzustellen ist und dennoch in Bezug auf die elektrische Isolierung verbessert ist. Auch ist es die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten elektrischen Heizeinrichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe bezüglich der elektrischen Heizeinrichtung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung mit einem Gehäuse mit einem Fluideinlass zum Einlassen eines zu erwärmenden Fluids in das Gehäuse und mit einem Fluidauslass zum Auslassen des zu erwärmenden Fluids aus dem Gehäuse, wobei zwischen Fluideinlass und Fluidauslass ein Strömungskanal für das zu erwärmende Fluid gebildet ist, wobei zumindest ein Heizmittel vorgesehen ist, welches ein sich bei einem Stromfluss erwärmendes Element und zumindest zwei Kontaktelemente aufweist, wobei die Kontaktelemente an dem sich erwärmenden Element anliegen und einen Stromfluss durch das sich erwärmende Element bewirken, wobei zumindest eine Isolierung das Heizmittel umgibt und gegenüber einem benachbart angeordneten Bauteil elektrisch isoliert, wobei das Heizmittel in einer Masse eines ausgehärteten elektrisch isolierenden Klebstoffs eingebettet ist, wobei zur Erreichung einer definierten Schichtdicke des Klebstoffs zwischen dem Heizmittel und dem benachbart angeordneten Bauteil abstandshaltende Mittel vorgesehen sind. Damit wird erreicht, dass auch unter Verwendung eines flüssigen oder pastösen Klebermaterials eine vorgebbare Schichtdicke des Isoliermaterials erreicht wird, um einen ausreichenden Schutz auch bei Hochvoltanwendungen von über 60 V zu erreichen.
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Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn als abstandshaltende Mittel elektrisch nichtleitende Elemente in die Klebstoffmasse integriert sind, welche zwischen dem Heizmittel und dem benachbart angeordneten Bauteil in dem Klebstoff angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, dass die Schicht der Klebstoffmasse vor dem Aushärten nicht beliebig zusammengedrückt werden kann und so die Schichtdicke der Schicht unterschritten wird.
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Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn als abstandshaltende Mittel elektrisch nichtleitende Kugeln oder Elemente, Glaselemente, Glaskugeln, Glasperlen, Keramikkugeln, Keramikperlen, Keramikelemente etc. vorgesehen sind. Diese Elemente können mit einem definierten Durchmesser bzw. mit einer definierten Größe hergestellt werden, was sich vorteilhaft auf die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke auswirkt, wenn solche Elemente in einer Vielzahl pro Schicht verwendet werden.
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Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn beiderseits eines Heizmittels eine Lage abstandshaltender Mittel in der Klebstoffmasse angeordnet sind, um einen definierten Abstand zu zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteil zu bewirken. Damit werden gegenüberliegende Schichten gleichmäßig dick erzeugt, was für die elektrische Isolation vorteilhaft ist.
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Auch ist es bei einem alternativen Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn als abstandshaltende Mittel eine vorgefertigte zumindest teilweise ausgehärtete Klebstoffschicht vorgesehen ist, auf welche eine weitere Schicht Klebstoffmasse aufgebracht ist, in welche das Heizmittel eingebettet ist. Damit wird durch die Erzeugung einer zumindest teilweise vorausgehärteten ersten Schicht mit einer definierten Schichtdicke der Abstand zwischen den zu isolierenden Elementen definiert, bevor diese in einer weiteren Schicht eingebettet werden, ohne dass zusätzliche Elemente benötigt werden, die den Abstand definieren.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn beiderseits eines Heizmittels eine Lage einer zumindest teilweise ausgehärteten Klebstoffschicht angeordnet ist, um einen definierten Abstand zu zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteilen zu bewirken, wobei eine weitere Schicht ausgehärteter Klebstoffmasse zwischen diesen Lagen angeordnet ist, welche das Heizmittel einbettet. So kann das zu isolierende Heizmittel gleichzeitig beiderseitig mit einer Isolierschicht gewünschter Dicke versehen werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn das jeweilige Heizmittel vollständig in die ausgehärtete Klebstoffmasse eingebettet ist.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn eine Mehrzahl von Heizmitteln vorgesehen ist, wobei jedes der Heizmittel jeweils vollständig in einer ausgehärteten Klebstoffmasse eingebettet ist. Damit kann ein Wärmeübertrager mit einer erhöhten gewünschten Heizleistung erzeugt werden.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn aus der Klebstoffmasse Anschlussmittel zum elektrischen Anschluss der Kontaktelemente herausragen. Damit kann das Heizmittel elektrisch versorgt werden, wobei diese Anschlussmittel gesondert zu isolieren sind.
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Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung mit einem Gehäuse mit einem Fluideinlass zum Einlassen eines zu erwärmenden Fluids in das Gehäuse und mit einem Fluidauslass zum Auslassen des zu erwärmenden Fluids aus dem Gehäuse, wobei zwischen Fluideinlass und Fluidauslass ein Strömungskanal für das zu erwärmende Fluid gebildet ist, wobei zumindest ein Heizmittel vorgesehen ist, welches ein sich bei einem Stromfluss erwärmendes Element und zumindest zwei Kontaktelemente aufweist, wobei die Kontaktelemente an dem sich erwärmenden Element anliegen und einen Stromfluss durch das sich erwärmende Element bewirken, wobei zumindest eine Isolierung das Heizmittel umgibt und gegenüber einem benachbart angeordneten Bauteil elektrisch isoliert, wobei das Heizmittel in einer Masse eines ausgehärteten elektrisch isolierenden Klebstoffs eingebettet wird, wobei zur Erreichung einer definierten Schichtdicke des Klebstoffs zwischen dem Heizmittel und dem benachbart angeordneten Bauteil abstandshaltende Mittel vorgesehen werden. Damit wird erlaubt, eine definierte elektrische Isolierung herzustellen.
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Vorteilhaft ist es, wenn als abstandshaltende Mittel elektrisch nichtleitende Elemente in die Klebstoffmasse integriert werden, welche zwischen dem Heizmittel und dem benachbart angeordneten Bauteil in dem Klebstoff angeordnet werden. Diese sind in ihrer Größe bzw. Durchmesser definiert und definieren so die Schichtdicke der elektrischen Isolierung.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn beiderseits eines Heizmittels eine Lage abstandshaltender Mittel in der Klebstoffmasse angeordnet werden, um einen definierten Abstand zu zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteil zu bewirken. Damit kann eine Einbettung mit definierter Schichtdicke erreicht werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn auf ein erstes der benachbart angeordneten Bauteile eine Schicht Klebstoffmasse aufgebracht wird und auf ein zweites der benachbart angeordneten Bauteile eine Schicht Klebstoffmasse aufgebracht wird, wobei die abstandshaltenden Mittel in die jeweilige Schicht Klebstoffmasse eingebracht werden und anschließend ein Heizmittel in die Klebstoffmasse auf einem der benachbart angeordneten Bauteile eingelegt wird und danach das andere benachbart angeordnete Bauteil mit seiner Schicht Klebstoffmasse auf das Heizmittel aufgesetzt wird, so dass das Heizmittel von Klebstoffmasse eingebettet ist. Auch damit kann eine Einbettung mit definierter Schichtdicke erreicht werden.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn beiderseits eines jeden Heizmittels eine Lage abstandshaltender Mittel in der Klebstoffmasse angeordnet werden, um einen definierten Abstand zu jeweils zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteilen zu bewirken.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn als abstandshaltende Mittel eine vorgefertigte zumindest teilweise ausgehärtete Klebstoffschicht vorgesehen wird, auf welche eine weitere Schicht Klebstoffmasse aufgebracht wird, in welche das Heizmittel eingebettet wird.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn beiderseits eines jeden Heizmittels eine Lage einer zumindest teilweise ausgehärteten Klebstoffschicht angeordnet wird, um einen definierten Abstand zu jeweils zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteilen zu bewirken, wobei eine weitere Schicht ausgehärteter Klebstoffmasse zwischen jeweils diesen Lagen angeordnet wird, welche das Heizmittel einbettet. Auch damit kann eine Einbettung mit definierter Schichtdicke erreicht werden.
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Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn auf ein erstes der benachbart angeordneten Bauteile eine erste zumindest teilweise ausgehärtete Schicht Klebstoffmasse aufgebracht wird und auf ein zweites der benachbart angeordneten Bauteile eine zumindest teilweise ausgehärtete Schicht Klebstoffmasse aufgebracht wird, wobei anschließend auf eine der teilweise ausgehärteten Schicht Klebstoffmasse eine weitere Schicht Klebstoffmasse aufgebracht wird und ein Heizmittel in diese Schicht Klebstoffmasse eingelegt wird und danach das andere benachbart angeordnete Bauteil mit seiner zumindest teilweise ausgehärteten Schicht Klebstoffmasse auf das in die Klebstoffmasse eingebettete Heizmittel aufgesetzt wird, wobei das Heizmittel von der Klebstoffmasse eingebettet bleibt. Auch damit kann eine Einbettung mit definierter Schichtdicke erreicht werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn nach dem Einbetten des Heizmittels die noch nicht ausgehärtete Klebstoffmasse ausgehärtet wird.
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Dabei ist es auch zweckmäßig, wenn das jeweilige Heizmittel nach dem Aushärten vollständig in die ausgehärtete Klebstoffmasse eingebettet ist. Damit wird eine gute umfassende elektrische Isolierung erreicht.
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Für einen Wärmeübertrager mit einer ausreichenden Heizleistung ist es auch vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Heizmitteln vorgesehen wird, wobei jedes der Heizmittels jeweils vollständig in einer ausgehärteten Klebstoffmasse eingebettet ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn die Einbettung der Heizmittel derart vorgenommen wird, dass aus der ausgehärteten Klebstoffmasse Anschlussmittel zum elektrischen Anschluss der Kontaktelemente herausragen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
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Figurenliste
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Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Figuren der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine perspektivische schematische Darstellung eines Heizmittels einer elektrischen Heizeinrichtung,
- 2 ein Diagramm zu Erläuterung der Erzeugung einer elektrischen Isolierung, und
- 3 ein Diagramm zu Erläuterung der Erzeugung einer alternativen elektrischen Isolierung.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung ein Heizmittel 1 einer elektrischen Heizeinrichtung. Die elektrische Heizeinrichtung weist ein Gehäuse auf, das mit einem Fluideinlass zum Einlassen eines zu erwärmenden Fluids in das Gehäuse und mit einem Fluidauslass zum Auslassen des zu erwärmenden Fluids aus dem Gehäuse ausgebildet ist, wie es im Stand der Technik bekannt ist, weshalb dies nicht weiter erläutert wird. Dabei ist zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass ein Strömungskanal ausgebildet, durch welchen das zu erwärmende Fluid strömt, um erwärmt zu werden. Dabei ist zumindest ein Heizmittel 1 vorgesehen, welches ein sich bei einem Stromfluss erwärmendes Element 2 und zumindest zwei Kontaktelemente 3, 4 aufweist. Die Kontaktelemente 3, 4 liegen dabei an dem sich erwärmenden Element 2 bzw. den sich erwärmenden Elementen 2 an, so dass beim Verbinden der Kontaktelemente mit einer Potentialdifferenz ein Stromfluss durch die sich erwärmenden Elemente 2 verursacht wird, welcher diese sich erwärmenden Elemente 2 erwärmt. Dabei kann das Heizmittel 1 als Baueinheit hergestellt sein.
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Zur sicheren elektrischen Isolierung ist das Heizmittel 1 von zumindest einer elektrischen Isolierung 5 umgeben und gegenüber einem benachbart angeordneten Bauteil 6, 7 elektrisch isoliert. Dabei kann das benachbarte Bauteil 6, 7 ein Rohr, ein Wärmeübertragungsblech, eine Wellrippe etc. sein, welches an die elektrische Isolierung 5 angrenzt und beispielsweise Wärme überträgt.
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Gemäß dem Erfindungsgedanken ist das Heizmittel 1 in einer Masse eines ausgehärteten elektrisch isolierenden Klebstoffs als elektrische Isolierung 5 eingebettet, siehe die 2 und 3, wobei zur Erreichung einer definierten Schichtdicke des Klebstoffs zwischen dem Heizmittel 1 und dem benachbart angeordneten Bauteil 6, 7 abstandshaltende Mittel vorgesehen sind.
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Die 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer definierten elektrischen Isolierung 5. Dabei werden als abstandshaltende Mittel 11 elektrisch nichtleitende Elemente in die Klebstoffmasse integriert, welche zwischen dem Heizmittel 1 und dem benachbart angeordneten Bauteil 6, 7 in dem Klebstoff angeordnet sind. Als abstandshaltende Mittel 11 können beispielsweise elektrisch nichtleitende Kugeln oder Elemente, Glaselemente, Glaskugeln, Glasperlen, Keramikkugeln, Keramikperlen, Keramikelemente etc. vorgesehen sein.
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Gemäß 2 ist das Heizmittel 1 am Ende des Verfahrens in einer Masse 10 eines ausgehärteten elektrisch isolierenden Klebstoffs eingebettet, wobei zur Erreichung einer definierten Schichtdicke des Klebstoffs zwischen dem Heizmittel 1 und dem benachbart angeordneten Bauteil 6 abstandshaltende Mittel 11 vorgesehen sind. Dabei sind als abstandshaltende Mittel 11 elektrisch nichtleitende Elemente in die Klebstoffmasse 10 integriert, welche zwischen dem Heizmittel 1 und dem benachbart angeordneten Bauteil 6 in dem Klebstoff 10 angeordnet werden. Insbesondere ist beiderseits eines Heizmittels 1 eine Lage abstandshaltender Mittel 11 in der Klebstoffmasse 10 angeordnet, um einen definierten Abstand zu zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteilen 6 zu bewirken.
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Bei dem Verfahren wird auf ein erstes der benachbart angeordneten Bauteile 6 eine Schicht Klebstoffmasse 10 aufgebracht und auf ein zweites der benachbart angeordneten Bauteile 6' eine Schicht Klebstoffmasse 10' aufgebracht, siehe 2 oben.
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Anschließend werden die abstandshaltenden Mittel 11 in die jeweilige Schicht Klebstoffmasse 10, 10' eingebracht, siehe 2 in der Mitte.
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Anschließend wird ein Heizmittel 1 in die Klebstoffmasse 10 auf einem der benachbart angeordneten Bauteile 6 eingelegt und danach das andere benachbart angeordnete Bauteil 6' mit seiner Schicht Klebstoffmasse 10' auf das Heizmittel 1 aufgesetzt, so dass das Heizmittel 1 von Klebstoffmasse 10, 10' eingebettet ist, siehe 2 unten. Anschließend wird die Klebstoffmasse vollständig ausgehärtet.
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Dabei ist es gemäß 2 möglich, dass beiderseits eines jeden Heizmittels 1 eine Lage abstandshaltender Mittel 11 in der Klebstoffmasse 10, 10' angeordnet werden, um einen definierten Abstand zu jeweils zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteilen 6, 6' zu bewirken.
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Die 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer definierten elektrischen Isolierung 5. Dabei werden als abstandshaltende Mittel eine vorgefertigte zumindest teilweise ausgehärtete Klebstoffschicht 20 vorgesehen, auf welche eine weitere Schicht Klebstoffmasse 30 aufgebracht ist, in welche das Heizmittel 1 eingebettet ist.
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Dabei wird vorteilhaft beiderseits eines Heizmittels 1 eine Lage einer zumindest teilweise ausgehärteten Klebstoffschicht 20, 20' angeordnet, um einen definierten Abstand zu zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteilen 6, 6' zu bewirken, wobei eine weitere Schicht 30, 30' ausgehärteter Klebstoffmasse zwischen diesen Lagen angeordnet ist, welche das Heizmittel 1 einbettet.
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Gemäß 3 wird als abstandshaltendes Mittel eine vorgefertigte zumindest teilweise ausgehärtete Klebstoffschicht 20, 20' vorgesehen, auf welche eine weitere Schicht Klebstoffmasse 30, 30' aufgebracht wird, in welche das Heizmittel 1 eingebettet wird. Vorteilhaft ist es dabei, wenn beiderseits eines jeden Heizmittels 1 eine Lage einer zumindest teilweise ausgehärteten Klebstoffschicht 20, 20' angeordnet wird, um einen definierten Abstand zu jeweils zwei sich gegenüberliegenden benachbart angeordneten Bauteilen 6, 6' zu bewirken, wobei eine weitere Schicht ausgehärteter Klebstoffmasse 30, 30' zwischen jeweils diesen Lagen 20, 20' angeordnet wird, welche das Heizmittel 1 einbettet.
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Bei dem Verfahren wird auf ein erstes der benachbart angeordneten Bauteile 6 eine erste zumindest teilweise ausgehärtete Schicht Klebstoffmasse 20 aufgebracht und es wird auf ein zweites der benachbart angeordneten Bauteile 6' eine zumindest teilweise ausgehärtete Schicht Klebstoffmasse 20' aufgebracht, siehe 3 oben.
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Anschließend wird auf eine der teilweise ausgehärtete Schichten Klebstoffmasse 20, 20' eine weitere Schicht Klebstoffmasse 30, 30' aufgebracht, siehe Figur in der Mitte.
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Danach wird ein Heizmittel 1 in eine dieser Schichten der Klebstoffmasse 30 eingelegt und danach das andere benachbart angeordnete Bauteil 6' mit seiner zumindest teilweise ausgehärteten Schicht Klebstoffmasse 20' und der Schicht 30' auf das in die Klebstoffmasse 30 eingebettete Heizmittel 1 aufgesetzt, wobei das Heizmittel 1 von der Klebstoffmasse eingebettet wird, siehe 3 unten. Nach dem Einbetten des Heizmittels 1 wird die noch nicht ausgehärtete Klebstoffmasse ausgehärtet.
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Damit kann erreicht werden, dass das jeweilige Heizmittel 1 vollständig in die ausgehärtete Klebstoffmasse eingebettet ist. Ist eine Mehrzahl von Heizmitteln vorgesehen, kann jedes der Heizmittel jeweils vollständig in einer ausgehärteten Klebstoffmasse eingebettet sein.
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Zur elektrischen Kontaktierung der Heizmittel 1 ragen aus der Klebstoffmasse Anschlussmittel 40 zum elektrischen Anschluss der Kontaktelemente 3, 4 heraus.
