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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere zur Erwärmung einer Flüssigkeit zur Beheizung eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs und/oder eines Aggregats des Kraftfahrzeugs. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen 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 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.
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Insbesondere Kraftfahrzeuge mit verbrauchsarmen Verbrennungsmotoren, die weniger Abwärme erzeugen und Kraftfahrzeuge mit Plug-In/Range Extender oder auch andere Fahrzeuge, benötigen für die Innenraumbeheizung Zuheizeinrichtungen.
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So ist durch die
WO 2013/087671 A1 eine elektrische Heizeinrichtung bekannt geworden, welche dazu dient, eine Flüssigkeit elektrisch zu erwärmen, wenn die Abwärme des Verbrennungsmotors noch nicht ausreichend ist oder auch nicht vorhanden ist, weil beispielsweise das betrachtete Kraftfahrzeug keinen solchen Verbrennungsmotor aufweist.
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Die bekannte elektrische Heizeinrichtung weist eine Vielzahl von Scheibenpaaren auf, die aus miteinander in gegenseitigen vorgegebenen Abständen angeordneten und verbundenen Scheiben bestehen, die jeweils einen Fluidkanal ausbilden, so dass durch das jeweilige Scheibenpaar die zu erwärmende Flüssigkeit strömen kann, um erwärmt zu werden. Die jeweiligen Scheibenpaare sind dabei derart auf Abstand zueinander angeordnet, so dass zwischen jeweils zwei benachbarten Scheibenpaaren eine Heizeinheit anordenbar ist, welche zumindest ein Heizelement und damit elektrisch verbundene Kontaktelektroden und Isolierungselemente aufweist. Dabei dienen die Isolierungselemente als Folien dem elektrischen Isolieren der Heizeinheit gegenüber den beiden Scheibenpaaren.
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Dabei besteht die elektrische Heizeinrichtung aus einer Vielzahl von Bauteilen, die miteinander zu verbinden und zu befestigen sind, damit die elektrische Heizeinrichtung im Betrieb eines Kraftfahrzeugs dauerhaft betriebssicher benutzbar ist.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung zu schaffen, welches die Kosten der Herstellung reduziert und die Herstellbarkeit der elektrischen Heizeinrichtung erleichtert und eine verbesserte elektrische Heizeinrichtung erlaubt zu schaffen. Auch ist es die Aufgabe, eine verbesserte elektrische Heizeinrichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe zu dem Verfahren wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung mit zumindest zwei fluiddurchströmbaren, einen Fluidkanal bildenden Scheibenpaaren, welche aus zwei Scheiben zusammengesetzt sind und einen Fluidkanal zwischen sich ausbilden, wobei die Scheibenpaare einen vordefinierten Abstand zueinander einnehmen und einen Freiraum ausbilden, wobei zumindest zwischen zwei der Scheibenpaare in dem Freiraum zumindest eine Heizeinheit angeordnet ist, welche zumindest ein Heizelement und damit elektrisch verbundene Kontaktelektroden zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen Heizelements aufweist, mit den Schritten:
- - Bereitstellen und Stapeln der Scheiben zu einem Stapel von Scheiben und/oder Scheibenpaaren,
- - Löten des Stapels der Scheiben, und
- - Einschieben und Befestigen der Heizeinheit in den Freiraum.
Damit wird erreicht, dass die Heizeinheit oder die Heizeinheiten sicher angeordnet und einen guten thermischen Kontakt aufweisen. Dadurch kann auf eine einfache Art und Weise und mit wenigen Bauteilen eine elektrische Heizeinrichtung geschaffen werden, die auch die hohen Anforderungen für Hochvoltanwendungen von mehr als 60V, insbesondere bis zu 400V oder bis zu etwa 800V, genügt.
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Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn das Befestigen der Heizeinheit in dem Freiraum an den Scheibenpaaren mit zumindest einer Klebemasse erfolgt. Dadurch lässt sich eine gut thermisch leitende sichere Befestigung erreichen, insbesondere wenn die Schicht der Klebemasse dünn ist.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die zumindest eine Klebemasse vor dem Einschieben der Heizeinheit in den Freiraum eingefüllt wird oder dass die zumindest eine Klebemasse nach dem Einschieben der Heizeinheit in den verbleibenden Freiraum eingefüllt wird. Damit kann eine gute Verklebung bei einem sicheren und flächigen Kontakt erreicht werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn vor dem Einfüllen der zumindest einen Klebemasse in den Freiraum ein seitenweises, teilweises Verschließen zumindest eines Freiraums mittels Verschlusselementen erfolgt. Damit kann ein unkontrolliertes Abfließen der Klebemasse verhindert werden.
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Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn eine Befüllung des teilweise verschlossenen Freiraums mit zumindest einer Klebemasse erfolgt. Damit kann die Klebemasse gut in den Freiraum eingefüllt werden, wobei anschließend die Heizeinheit eingeschoben werden kann.
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So ist es auch zweckmäßig, wenn ein Einschieben der Heizeinheit in den mit der zumindest einen Klebemasse befüllten Freiraum erfolgt oder die Heizeinheit vor dem Einfüllen der zumindest einen Klebemasse in den Freiraum engeschoben wird und danach die zumindest eine Klebemasse, insbesondere in den zuvor teilweise verschlossenen Freiraum, eingefüllt wird.
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Vorteilhaft ist es, wenn anschließend ein Aushärten der zumindest einen Klebemasse erfolgt. Dadurch kann je nach verwendeter Klebemasse ein gehärtetes Material als Isolierung und als Halterungsmaterial erreicht werden.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die zumindest eine Klebemasse eine klebende Masse, eine Silikonmasse, eine Vergussmasse, eine vernetzbare Kunststoffmasse und/oder eine fließfähige Masse ist. Damit kann die Anbindung bzw. Verklebung von Heizeinheit und Scheibenpaar sinnvoll erreicht werden, um eine Lagesicherung und einen guten thermischen Kontakt zu erreichen.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn mehrere verschiedene Klebemassen eingesetzt werden. Diese können dann je nach Einsatzgebiet unterschiedliche elektrische und/oder thermische Eigenschaften aufweisen. So kann eine Klebemasse elektrisch isolierend sein und die andere beispielsweise auch oder aber sie kann auch elektrisch leitend sein. Auch kann die thermische Leitfähigkeit variieren.
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Werden Verschlusselemente verwendet, kann es vorteilhaft sein, wenn nach dem Aushärten der zumindest einen Klebemasse die Verschlusselemente entfernt werden. Diese müssen dann nicht mehr verbleiben, da sie nur als Barriere für die Klebemasse gedient haben. Alternativ können sie auch verbleiben, wenn dies bauraummäßig und gewichtsmäßig akzeptabel wäre.
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Vorteilhaft ist die zumindest eine Klebemasse elektrisch isolierend und thermisch leitfähig. Dadurch wird die elektrische Isolierung bei guter thermischer Anbindung verbessert.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Klebemasse Mittel und/oder Partikel enthält zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der Klebemasse. Damit kann die thermische Anbindung verbessert werden.
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Die Aufgabe zu dem Verfahren wird auch von einem Verfahren gelöst zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung mit zumindest zwei fluiddurchströmbaren, einen Fluidkanal bildenden Scheibenpaaren, welche aus zwei Scheiben zusammengesetzt sind und einen Fluidkanal zwischen sich ausbilden, wobei die Scheibenpaare einen vordefinierten Abstand zueinander einnehmen und einen Freiraum ausbilden, wobei zumindest zwischen zwei der Scheibenpaare in dem Freiraum zumindest eine Heizeinheit angeordnet ist, welche zumindest ein Heizelement und damit elektrisch verbundene Kontaktelektroden zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen Heizelements aufweist, mit den Schritten:
- - Bereitstellen und stapeln der Scheiben zu einem Stapel von Scheiben und/oder Scheibenpaaren,
- - Löten des Stapels der Scheiben,
- - seitenweises, teilweises Verschließen zumindest eines Freiraums mittels Verschlusselementen,
- - Befüllung des teilweise verschlossenen Freiraums mit einer Klebemasse,
- - Einschieben der Heizeinheit in den mit der Klebemasse befüllten Freiraum, und
- - Aushärten der Klebemasse.
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Dadurch kann auf eine einfache Art und Weise und mit wenigen Bauteilen eine elektrische Heizeinrichtung geschaffen werden, die auch die hohen Anforderungen für Hochvoltanwendungen von mehr als 60V, insbesondere bis zu 400V oder bis zu etwa 800V, genügt. Die Verschlusselemente erlauben ein sicheres Einfüllen der Klebemasse vor dem Einschieben der Heizeinheit und das Einschieben der Heizeinheit sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Klebemasse. Die elektrische Heizeinrichtung kann nur eine Heizeinheit in einem der Freiräume aufweisen oder auch eine Mehrzahl von Heizeinheiten, wobei vorteilhaft jede Heizeinheit einem Freiraum zugeordnet ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass jedem der benutzten Freiräume eine Heizeinheit oder eine Mehrzahl von Heizeinheiten zugeordnet ist. Auch können einzelne Freiräume frei bleiben.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn nach dem Aushärten der Klebemasse die Verschlusselemente entfernt werden. Diese Verschlusselemente werden nicht mehr benötigt und können dort verbleiben, wo sie sind oder wieder entfernt werden, um Gewicht zu sparen.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Klebemasse elektrisch isolierend und thermisch leitfähig ist. Dadurch wird die Klebemasse auch dafür einsetzbar, die Kontaktelektroden der Heizeinheit gegenüber den Scheiben elektrisch zu isolieren.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn die Klebemasse eine fließbare Masse ist, wie insbesondere eine fließbare Silikonmasse. Dadurch ist es möglich, die Klebemasse in die Freiräume einlaufen zu lassen oder einsaugen zu lassen, so dass die Klebemasse sich gut verteilen lässt, so dass die Heizeinheit beim anschließenden Einschieben sich gut und insbesondere vollflächig verkleben lässt.
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Damit die Klebemasse insgesamt einen geringeren Wärmewiderstand erzeugt, ist es bei einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn die Klebemasse Mittel und/oder Partikel enthält zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der Klebemasse.
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Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn vor dem Befüllen der Klebemasse der Freiraum zumindest teilweise evakuiert wird. Dadurch kann die Klebemasse eingefüllt bzw. eingesaugt werden, ohne dass sich Luftblasen oder Lufteinschlüsse ergeben oder dass sich davon nur wenige bzw. kleine ergeben.
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Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn beim Einschieben der Heizeinheit in den Freiraum überschüssige Klebemasse aus dem Freiraum ausgebtrieben wird. Es wird also vorteilhaft etwas mehr als benötigt an Klebemasse eingefüllt, um restliche Klebemasse auszutreiben. Damit wird erreicht, dass weitgehend keine Luftblasen und Bereiche ohne Klebemasse verbleiben.
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Auch ist es bei einem Ausführungsbeispiel vorteilhaft, wenn die Heizeinheit einen Rahmen aufweist zur relativen Anordnung der Heizelemente der Heizeinheit zueinander und/oder zur definierten Positionierung der Heizelemente der Heizeinheit im Freiraum. Durch den Rahmen kann die Heizeinheit beispielsweise zusammengehalten bzw. positioniert werden und gleichzeitig kann der Rahmen auch zur Verteilung der Klebemasse dienen.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn der Stapel der Scheibenpaare mit einem Zuflussanschluss und mit einem Abflussanschluss versehen ist, insbesondere vor dem Verlöten, und/oder die Fluidkanäle der Scheibenpaare miteinander in Fluidverbindung stehen. Dadurch kann die Durchströmung definiert und die Anschlusssituation gewählt werden. Beispielsweise kann eine I-förmige Durchströmung oder eine U-förmige Durchströmung vorgesehen sein.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn der Zuflussanschluss und der Abflussanschluss an dem gleichen Scheibenpaar des Stapels angeordnet sind, wie insbesondere an einem Endscheibenpaar des Stapels, oder dass der Zuflussanschluss und der Abflussanschluss an unterschiedlichen Scheibenpaaren des Stapels angeordnet sind, wie insbesondere an gegenüberliegenden Endscheibenpaaren des Stapels. Auch dadurch kann die Durchströmung definiert und die Anschlusssituation gewählt werden. Beispielsweise kann eine I-förmige Durchströmung oder eine U-förmige Durchströmung vorgesehen sein.
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Die Aufgabe zu der elektrischen Heizeinrichtung wird mit den Merkmalen von Anspruch 18 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine elektrische Heizeinrichtung mit zumindest zwei fluiddurchströmbaren, einen Fluidkanal bildenden Scheibenpaaren, welche aus zwei Scheiben zusammengesetzt sind und einen Fluidkanal zwischen sich ausbilden, wobei die Scheibenpaare einen vordefinierten Abstand zueinander einnehmen und einen Freiraum ausbilden, wobei zumindest zwischen zwei der Scheibenpaare in dem Freiraum zumindest eine Heizeinheit angeordnet ist, welche zumindest ein Heizelement und damit elektrisch verbundene Kontaktelektroden zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen Heizelements aufweist, wobei die Heizeinheit mittels zumindest einer Klebemasse in dem Freiraum gehalten ist und die zumindest eine Klebemasse gleichzeitig die elektrische Isolierung der Kontaktelektroden zu der jeweils benachbarten Scheibe ausbildet.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Stapel der Scheiben verlötet ist und die zumindest eine Heizeinheit oder die Heizeinheiten nach dem Löten in den jeweiligen Freiraum eingesetzt ist bzw. sind.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die zumindest eine Klebemasse elektrisch isolierend und thermisch leitfähig ist.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die zumindest eine Klebemasse eine klebende Masse, eine Silikonmasse, eine Vergussmasse, eine vernetzbare Kunststoffmasse und/oder eine fließfähige Masse ist.
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Ebenso ist es zweckmäßig, wenn die zumindest eine Klebemasse Mittel und/oder Partikel enthält zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der Klebemasse.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Heizeinheit einen Rahmen aufweist zur relativen Anordnung der Heizelemente der Heizeinheit zueinander und/oder zur definierten Positionierung der Heizelemente der Heizeinheit im Freiraum und/oder zum Verteilen der Klebemasse.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Rahmen die Heizeinheit an zumindest drei Seiten oder an vier Seiten umgibt oder begrenzt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Rahmen als starrer Rahmen oder als faltbarer Rahmen ausgebildet ist.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn an dem Rahmen zumindest eine vorstehende, insbesondere angeschrägte, Kante, zumindest ein Steg, zumindest eine Noppe vorgesehen ist bzw. sind, zur Verteilung der Klebemasse.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn ein, insbesondere mittiger, Steg vorgesehen ist, welcher von dem Rand abragt.
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Die Aufgabe zu der elektrischen Heizeinrichtung wird auch gelöst mit einer elektrischen Heizeinrichtung mit zumindest zwei fluiddurchströmbaren, einen Fluidkanal bildenden Scheibenpaaren, welche aus zwei Scheiben zusammengesetzt sind und einen Fluidkanal zwischen sich ausbilden, wobei die Scheibenpaare einen vordefinierten Abstand zueinander einnehmen und einen Freiraum ausbilden, wobei zumindest zwischen zwei der Scheibenpaare in dem Freiraum zumindest eine Heizeinheit angeordnet ist, welche zumindest ein Heizelement und damit elektrisch verbundene Kontaktelektroden zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen Heizelements aufweist, wobei die Heizeinheit mittels einer Klebemasse in dem Freiraum gehalten ist und die Klebemasse gleichzeitig die elektrische Isolierung der Kontaktelektroden zu der jeweils benachbarten Scheibe ausbildet. Damit wird eine vorteilhafte elektrische Heizeinrichtung geschaffen, die mit wenigen Bauteilen auskommt und dennoch sicher ist und insbesondere auch für Hochvoltanordnungen geeignet ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch vorteilhaft, wenn der Stapel der Scheiben verlötet ist und die zumindest eine Heizeinheit oder die Heizeinheiten nach dem Löten in den jeweiligen Freiraum eingesetzt ist bzw. sind. Dadurch kann der Stapel der Scheiben vorbereitet und abgedichtet verbunden werden, wobei vorteilhaft beispielsweise auch gleich der Zuflussanschluss und der Abflussanschluss, beispielsweise als Anschlussstutzen oder Anschlussflansch, mit verlötet werden. Alternativ können der Zuflussanschluss und der Abflussanschluss, wie beispielsweise als Anschlussstutzen oder Anschlussflansch, später angebracht werden, wie angelötet und/oder verschweißt und/oder verklebt werden. Damit kann insgesamt eine kompakte vormontierte Einheit des Stapels geschaffen werden, der anschließend mit der Heizeinheit oder den Heizeinheiten versehen wird, wobei die Heizeinheit in den vorgesehenen Freiraum bzw. die Heizeinheiten in die vorgesehenen Freiräume eingesetzt wird bzw. werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Klebemasse elektrisch isolierend und thermisch leitfähig ist. Dadurch kann erreicht werden, dass mittels der Klebemasse die Kontaktelektroden gegenüber den benachbart angeordneten Scheiben elektrisch isoliert sind. So kann beispielsweise die Verwendung von Isolationsfolien vermieden werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Klebemasse eine fließbare Masse ist, wie insbesondere eine fließbare Silikonmasse. Dadurch kann sie vorteilhaft einfach in den vorgesehenen Freiraum eingebracht werden. Dies kann beispielsweise mittels einer Spritzdüse oder ähnlichem erfolgen.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es vorteilhaft, wenn die Klebemasse Mittel und/oder Partikel enthält zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der Klebemasse. Dadurch wird der Wärmeübergang durch die Schicht aus ausgehärteter Klebemasse verbessert.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Heizeinheit einen Rahmen aufweist zur relativen Anordnung der Heizelemente der Heizeinheit zueinander und/oder zur definierten Positionierung der Heizelemente der Heizeinheit im Freiraum und/oder zum Verteilen der Klebemasse. Der Rahmen kann dabei insbesondere auch zur Verteilung der Klebemasse beim Einschieben der Heizeinheit in den Freiraum dienen.
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Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Rahmen die Heizeinheit an zumindest drei Seiten oder an vier Seiten umgibt oder begrenzt. Dabei kann der Rahmen an den Seiten, wie an kurzen Seitenschenkeln und an einem langen Seitenschenkel die Heizeinheit umgreifen und der Verteilung der Klebemasse dienen.
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Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der Rahmen als starrer Rahmen oder als faltbarer Rahmen ausgebildet ist. Dabei kann der starre Rahmen einfach aufgeschoben oder befestigt werden und der faltbare Rahmen kann an die Heizeinheit angeklappt werden.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn an dem Rahmen zumindest eine vorstehende, insbesondere angeschrägte, Kante, zumindest ein Steg, zumindest eine Noppe vorgesehen ist bzw. sind, zur Verteilung der Klebemasse. Beispielsweise sind an den kurzen Seitenschenkeln vorstehende Stege, insbesondere auf beiden gegenüberliegenden Seitenflächen, vorgesehen, welche den Abstand der Heizeinheit bzw. der Kontaktelektroden zu den Scheiben definieren.
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Auch kann es vorteilhaft sein, wenn ein, insbesondere mittiger, Steg vorgesehen ist, welcher von dem Rand abragt. Dadurch kann ein mittig vorgesehener Abstand zu den Scheiben definiert werden.
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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. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
- 2 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
- 3 eine Teilschnittdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
- 4 eine Seitenansicht einer Heizeinheit der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung,
- 5 eine perspektivische Darstellung der Heizeinheit,
- 6 eine Teilschnittdarstellung der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung,
- 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung,
- 8 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung, und
- 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung.
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Bevorzugte Ausführung der Erfindung
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Die 1 bis 6 zeigen in verschiedenen Darstellungen ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizeinrichtung 1 oder Details davon.
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Gemäß der 1 und 2 weist die erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung 1 zumindest zwei fluiddurchströmbare, einen Fluidkanal 4 bildende Scheibenpaare 2 auf, welche aus zwei Scheiben 3 zusammengesetzt sind und den Fluidkanal 4 zwischen sich ausbilden.
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Die Scheibenpaare 2 sind in einem vordefinierten Abstand zueinander angeordnet und bilden einen Freiraum 5 zwischen sich aus. Der Abstand wird durch Ausprägungen 6 an den Scheiben 3 erreicht, die an den beiden schmalen Endbereichen der Scheiben 3 vorgesehen sind, wobei die Ausprägungen 6 zweier benachbarter Scheiben 3 benachbarter Scheibenpaare 2 sich berühren und damit die Scheiben 3 bzw. die Scheibenpaare 2 auf Abstand halten.
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Die Scheibenpaare 2 bilden einen Stapel 7 von Scheibenpaaren 2. Diese Scheibenpaare 2 und der Stapel 7 werden gelötet.
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Nach dem Löten wird zumindest zwischen zwei der Scheibenpaare 2 in dem Freiraum 5 zumindest eine Heizeinheit 8 angeordnet, welche zumindest ein Heizelement 9 oder eine Mehrzahl von Heizelementen 9 und damit elektrisch verbundene Kontaktelektroden 10 zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen Heizelements 9 aufweist. Es können insbesondere mehrere solcher Heizeinheiten 8 vorgesehen sein, insbesondere in jedem der Freiräume 5.
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Die Heizeinheit 8 ist mittels einer Klebemasse in dem Freiraum 5 gehalten, wobei die Klebemasse gleichzeitig die elektrische Isolierung 11 der Kontaktelektroden 10 zu der jeweils benachbarten Scheibe 3 ausbildet.
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Zur Herstellung der elektrischen Heizeinheit 1 wird der Stapel 7 der Scheiben 3 verlötet und die zumindest eine Heizeinheit 8 oder die Heizeinheiten 8 wird bzw. werden nach dem Löten in den jeweiligen Freiraum 5 eingesetzt.
Die 3 und 4 zeigen eine Seitenansicht bzw. einen Schnitt durch den Stapel 7.
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Der Stapel 7 der Scheibenpaare 2 ist mit einem Zuflussanschluss 16 und mit einem Abflussanschluss 17 versehen, insbesondere vor dem Verlöten. Dabei stehen vorteilhaft die Fluidkanäle der Scheibenpaare 2 miteinander in Fluidverbindung.
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Vorteilhaft kann der Zuflussanschluss 16 und der Abflussanschluss 17 an dem gleichen Scheibenpaar 2 des Stapels 7 angeordnet sein, wie insbesondere an einem Endscheibenpaar des Stapels 7, oder dass der Zuflussanschluss 16 und der Abflussanschluss 17 an unterschiedlichen Scheibenpaaren 2 des Stapels 7 angeordnet sind, wie insbesondere an gegenüberliegenden Endscheibenpaaren des Stapels 7.
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Die Klebemasse, die zur Verklebung der jeweiligen Heizeinheit 8 verwendet wird, ist vorzugsweise elektrisch isolierend und thermisch leitfähig ausgebildet. Die Klebemasse ist bevorzugt eine fließbare Masse, wie insbesondere eine fließbare Silikonmasse, die in die Freiräume 5 eingefüllt wird und anschließend in die Heizeinheiten 8 eingesetzt wird oder eingeschoben wird, wobei damit die in dem Freiraum 5 eingefüllte Klebemasse verteilt wird und Hohlräume ausfüllt und überschüssige Klebemasse austreibt.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die Klebemasse Mittel und/oder Partikel enthält zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der Klebemasse. Solche Mittel können beispielsweise keramische Partikel, Graphit etc. sein.
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Die 4 und 5 zeigen, dass die Heizeinheit 8 einen Rahmen 12 aufweist zur relativen Anordnung der Heizelemente 9 der Heizeinheit 8 zueinander und/oder zur definierten Positionierung der Heizelemente 9 der Heizeinheit 8 im Freiraum 5 und/oder zum Verteilen der Klebemasse. Dabei umgibt bzw. begrenzt der Rahmen 12 die Heizeinheit 8 an zumindest drei Seiten oder an vier Seiten, siehe die 4 und 5.
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Dabei kann der Rahmen 12 als starrer Rahmen ausgebildet sein, siehe die 4 und 5 oder alternativ als faltbarer Rahmen ausgebildet sein. Dabei sind an dem Rahmen 12 zumindest eine vorstehende, insbesondere angeschrägte, Kante 13, zumindest ein Steg 14, zumindest eine Noppe vorgesehen, insbesondere zur Verteilung der Klebemasse.
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Dabei kann auch ein, insbesondere mittiger, Steg 15 vorgesehen sein, welcher von dem Rand abragt.
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Zur Herstellung der elektrischen Heizeinrichtung 1 wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizeinrichtung 1 eingesetzt, wobei die elektrische Heizeinrichtung 1 mit zumindest zwei fluiddurchströmbaren, einen Fluidkanal 4 bildenden Scheibenpaaren 2, welche aus zwei Scheiben 3 zusammengesetzt sind und einen Fluidkanal 4 zwischen sich ausbilden, wobei die Scheibenpaare 2 einen vordefinierten Abstand zueinander einnehmen und einen Freiraum 5 ausbilden, wobei zumindest zwischen zwei der Scheibenpaare 2 in dem Freiraum 5 zumindest eine Heizeinheit 8 angeordnet ist, welche zumindest ein Heizelement 9 und damit elektrisch verbundene Kontaktelektroden 10 zur elektrischen Kontaktierung des zumindest einen Heizelements 9 aufweist, mit den Schritten:
- - Bereitstellen und Stapeln der Scheiben 3 zu einem Stapel 7 von Scheiben 3 und/oder Scheibenpaaren 2,
- - Löten des Stapels 7 der Scheiben 3,
- - seitenweises, teilweises Verschließen zumindest eines Freiraums mittels Verschlusselementen,
- - Befüllung des teilweise verschlossenen Freiraums 5 mit einer Klebemasse,
- - Einschieben der Heizeinheit 8 in den mit der Klebemasse befüllten Freiraum 5, und
- - Aushärten der Klebemasse.
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Dabei werden insbesondere nach dem Aushärten der Klebemasse die Verschlusselemente entfernt.
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Zur Verbesserung der Verklebung und zur Vermeidung von Luftblasen wird vor dem Befüllen der Klebemasse der Freiraum 5 zumindest teilweise evakuiert.
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Anschließend wird beim Einschieben der Heizeinheit 8 in den Freiraum 5 überschüssige Klebemasse aus dem Freiraum 5 ausgebtrieben.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Einfügen der Heizeinheit 8 in den jeweiligen Freiraum 5 auch vor dem Einfüllen der Kleemasse erfolgen.
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Das Verfahren kann die Schritte umfassen:
- - Bereitstellen und Stapeln der Scheiben 3 zu einem Stapel 7 von Scheiben 3 und/oder Scheibenpaaren 2,
- - Löten des Stapels 7 der Scheiben 3, und
- - Einschieben und Befestigen der Heizeinheit 8 in den Freiraum 5.
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Dabei kann das Befestigen der Heizeinheit 8 in dem Freiraum 5 an den Scheibenpaaren 2 mit zumindest einer Klebemasse erfolgen.
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Dabei kann, wie oben beschrieben, die zumindest eine Klebemasse vor dem Einschieben der Heizeinheit 8 in den Freiraum 5 eingefüllt werden oder es kann die zumindest eine Klebemasse nach dem Einschieben der Heizeinheit 8 in den verbleibenden Freiraum 5 eingefüllt werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, wenn ein Einschieben der Heizeinheit 8 in den mit der zumindest einen Klebemasse befüllten Freiraum erfolgt oder die Heizeinheit 8 vor dem Einfüllen der zumindest einen Klebemasse in den Freiraum 5 engeschoben wird und danach die zumindest eine Klebemasse, insbesondere in den zuvor teilweise verschlossenen Freiraum 5, eingefüllt wird.
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Die 7 bis 9 zeigen verschiedene Diagramme zu der Schichtdicke d in µm des Isolationsmaterials, der Durchschlagsfestigkeit D in kV/mm des Isolationsmaterials bzw. der Wärmeleitfähigkeit λ in W/mK des Isolationsmaterials. Dabei ist das Isolationsmaterial die Schicht der Klebemasse, welche zwischen der Heizeinheit 8 und der gegenüberliegenden Scheibe 3 ausgebildet ist.
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Dabei soll die Schichtdicke d im Bereich von etwa 0,2 mm und 0,8 mm liegen, also zwischen 200 µm und 800 µm. Die Durchschlagsfestigkeit entlang der Kriechstrecke 50 soll dabei zwischen 15 kV/mm und 25 kV/mm liegen. Die Kriechstrecke 50 ist dabei beispielhaft in 6 eingezeichnet. Die Wärmeleitfähigkeit λ liegt vorteilhaft zwischen 1,7 W/mK und 3,9 W/mK. Die 7 zeigt den vorteilhaften Bereich an für d zwischen 200 µm und 800 µm und für D zwischen 15 kV/mm und 25 kV/mm.
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Dabei gibt der Wert von D*d an, mit welcher Durchschlagsfestigkeit bei empfohlener Schichtdicke zu rechnen ist, insbesondere für d zwischen 200 µm und 800 µm, siehe 8. So kann es beispielsweise bei einer Hochvoltanwendung mit 400 V Spannung ausreichend sein, wenn die Schichtdicke d gleich 0,3 mm ist. Die Prüfspannung wäre beispielsweise 2000 V. Dabei spielen jedoch auch Fertigungstoleranzen und prozesstechnische Mindestschichtdicken bei der Wahl der Schichtdicke d eine Rolle.
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Die 9 zeigt ein Diagramm mit dem Wert d/λ als Funktion von d. Die Wärmeleitfähigkeit λ des Isolationsmaterials soll vorteilhaft zwischen 1,7 W/mK und 3,9 W/mK liegen. Dabei gibt d/λ an, mit welchem Wärmewiderstand durch die Isolierung zu rechnen ist. Dabei ist die Wärmeleitfähigkeit λ und der Wärmewiderstand umgekehrt proportional.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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