DE102019113518A1

DE102019113518A1 - Fluidheizer und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102019113518A1
Application number: DE102019113518.4A
Authority: DE
Inventors: Gregor Köhler; Annika Lutz; Errachid Garbija
Original assignee: DBK David and Baader GmbH
Current assignee: DBK David and Baader GmbH
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2020-11-26
Also published as: WO2020234305A1

Abstract

Offenbart ist ein Fluidheizer, bei dem ein Heizelement als Flächengebilde aus einem isolierten Draht oder dergleichen gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fluidheizer zum Erwärmen eines Fluids, vorzugsweise Luft oder Flüssigkeit und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Derartige Fluidheizer werden beispielsweise als Zuheizer zur Lufterhitzung in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen oder auch zur Erwärmung von Flüssigkeiten, beispielsweise Kühlmittel in einem Kühlmittelkreislauf oder von Kraftstoff verwendet.
Der Grundaufbau eines derartigen Fluidheizers ist beispielsweise in der auf die Anmelderin zurückgehenden EP 2 287 541 A2 beschrieben. Demgemäß hat ein derartiger Fluidheizer ein von dem zu erwärmenden Fluid durchströmtes, Wärme abgebendes elektrisches Heizelement, das bei diesem Stand der Technik als Blechstanzbiegeteil oder aber auch als Drahtgewirk ausgeführt sein kann. Dabei wird vorgeschlagen, dieses Gewirk, beispielsweise durch Umspritzen, in Kunststoff einzubetten, so dass die das Gewirk bildenden Drähte isoliert sind und das aufzuwärmende Medium das derart ausgeführte Heizelement umströmt.
Nachteilig bei einer derartigen Lösung ist, dass die Herstellung des Gewirks mit dem anschließenden Umspritzen aufwendig ist, wobei es insbesondere schwierig ist, die vorbestimmte Gewirkstruktur während des Umspritzens aufrecht zu halten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Wärmeaustauschfläche relativ gering ist und zudem das Heizelement aufgrund der Kunststoffhülle sehr stark thermisch isoliert und somit der thermische Wirkungsgrad vergleichsweise gering ist.
In den Patentanmeldungen WO 2018/215546 A1 , WO 2018/215541 A1 und DE 10 2017 121 063 A1 ist ein Fluidheizer offenbart, bei dem - ähnlich wie bei der vorbeschriebenen Lösung - ein Heizelement durch eine Polymerstruktur ausgebildet ist, in die eine leitfähige Struktur integriert ist. Diese kann beispielsweise ein Metallschaum oder ein Polymerschaum oder auch ein Metallgewirk oder Metallgestrick sein.
Diese Lösung zeigt die gleichen Nachteile wie der in dem Stand der Technik gemäß der EP 2 287 541 A2 offenbarte Fluidheizer.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Fluidheizer zu schaffen, der bei geringem vorrichtungstechnischem Aufwand ein zuverlässiges Erwärmen eines Fluids ermöglicht. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Fluidheizer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße Fluidheizer zum Erwärmen eines Fluids, vorzugsweise Luft oder Flüssigkeit, hat ein von diesem Medium durchströmtes wärmeerzeugendes Heizelement, das im Prinzip aus zumindest einem mit einer Isolierung versehenem Draht besteht, der in Form eines Flächengebildes ausgeführt ist und an einem Träger gehalten sein kann. Textile Flächengebilde (im Folgenden vereinfacht als „Flächengebilde“ bezeichnet) können dabei als Maschengebilde, wie beispielsweise Gewirke oder Gestricke, als Kreuzgebilde, wie beispielsweise Gewebe oder Geflechte, als Gelege oder nach Art einer Stahlwolle (ungeordnete Drahtstruktur) oder nach Art eines Vliesstoffes ausgebildet sein.
Unter dem Begriff „Träger“ wird jedwede Struktur zur Abstützung oder Halterung des Flächengebildes verstanden. Dieser Träger kann beispielsweise ein Rahmen, ein Halter oder ein sonstiges, das Flächengebilde abstützendes Element, wie beispielsweise ein Fluidleitrohr sein.
Die Wärme wird direkt über den elektrisch beheizten Draht abgegeben, wobei die Betriebssicherheit aufgrund der Isolierung des Drahtes gewährleistet ist. Derartige Flächengebilde haben gegenüber den eingangs beschriebenen Lösungen den Vorteil, dass zum einen der Druckabfall bei der Durchströmung minimal ist und zum anderen eine vergleichsweise große Wärmeaustauschfläche bereitgestellt wird. Des Weiteren ist das Heizelement aufgrund der dünnen Isolierung des Drahts oder der Drähte nur sehr gering thermisch isoliert, so dass ein schnelles Erwärmen des Mediums gewährleistet ist.
Ein derartiges Flächengebilde gewährleistet zudem eine homogene Temperaturverteilung. Die Kontaktierung des vollisolierten Heizelementes kann sehr einfach durch partielles Entfernen der Isolation des Drahts bzw. der Drähte erfolgen.
Der Betrieb ist sowohl im Niedervolt- als auch im Hochvoltbereich und mit Gleich- oder Wechselspannung möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der elektrische Widerstand bzw. die elektrische Topologie sehr einfach anpassbar ist, so dass entsprechend auch die übertragene Leistung skalierbar ist. Aufgrund der geringen thermischen Masse des Flächengebildes ist schnelles Erwärmen oder Abkühlen (nach stromlos schalten) gewährleistet und somit ein Betrieb mit geringer Energie ermöglicht. Dies ist insbesondere bei mobilen Anwendungen wesentlich.
Der Spannungsabfall über die benachbarten, aneinander anliegenden Drähte ist gering, so dass auch ein lokaler Kurzschluss unproblematisch ist und die Brandlast im Versagensfall gering ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Flächengebilde (Gewirk, Gestrick, Geflecht, Gewebe, Vlies) mittels einer industriellen Textilmaschine als ebenes Element oder als geschlossener oder beliebiger 3D-Formkörper ausgebildet, wobei letzterer beispielsweise in Form eines Hohlzylinders ausgeformt sein kann.
Die vorbeschriebenen Flächengebilde können zur Vergrößerung der Wärmeaustauschfläche gefaltet oder zu einem sonstigen Formkörper gebogen werden.
Die Herstellung des Fluidheizers ist besonders einfach, wenn der oder die Drähte aus Cu, AI, CuNi, Kohlefaser oder einem sonstigen, für die Herstellung von Heizelementen geeigneten Material besteht. Diese Rohmaterialien sind ein verbreiteter Industriestandard, so dass die Herstellkosten gering sind. Die Verwendung von Kupfer hat den Vorteil, dass dieses Material einen gewissen PTC-Effekt aufweist, so dass die Betriebssicherheit durch die Vergrößerung des Widerstandes bei einer übermäßigen Temperaturerhöhung gewährleistet ist.
Bei einer besonders einfach aufgebauten Variante ist die Isolierung durch einen Lack oder eine sonstige Beschichtung gebildet. Dabei kann dieser Lack bzw. die Beschichtung PU-, PEI-, oder PEEK-basierend ausgeführt sein.
Der Fluidheizer kann in mehreren Heizstufen betrieben werden, wenn das Flächengebilde derart ausgeführt ist, dass zwei oder mehr Heizkreise gebildet sind.
Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das Flächengebilde in einen den Träger ausbildenden Rahmen eingespannt.
Bei einer alternativen Lösung kann das Flächengebilde zu einer Wicklung aufgerollt und beispielsweise in ein Fluidleitrohr eingebracht sein, so dass ein durchströmter Heizkern gebildet ist.
Gemäß einer Weiterbildung sind an die Wicklung Endstücke angesetzt, die die Wicklung abschnittsweise umgreifen und diese lagefixieren/stabilisieren und beispielsweise einen Aufnahmeraum für das Fluidleitrohr bilden.
Die Endstücke sind vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt und können Einrichtungen, bspw. eine Querrippe zum Verhindern des Ausdrehens einer Wicklung aufweisen.
Bei einer weiteren alternativen Lösung kann das Flächengebilde als rohrartige Struktur von einem vom Fluid durchströmten Träger gehalten werden.
Dabei kann der Halter als Träger so ausgeführt sein, dass er eine Vielzahl von auf einem Teilkreis angeordneten Führungsstäben hat, die wechselweise vom Flächengebilde über- oder untergriffen sind und die dann von einem Fluidleitrohr nach außen abgedichtet sind, so dass ebenfalls ein durchströmter Heizkern gebildet ist.
Zur Erhöhung der Heizleistung kann es vorgesehen sein, mehrere Heizkerne, vorzugsweise der vorbeschriebenen Art, in Parallelstellung zu einem Fluidheizer zusammenzufassen.
Zur Befestigung des oder der Flächengebilde an dem Halter oder an dem Rahmen können Halteösen ausgebildet sein. Diese Halteösen können bei einer Variante während der Herstellung des Maschengebildes aus dem gleichen Material wie der Draht des Heizelementes ausgeführt sein. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, derartige Ösen oder Haltelaschen aus einem anderen hochfesten Material, beispielsweise aus Aramidfäden herzustellen.
Alternativ kann der Halter oder der Rahmen für das Flächengebilde auch mittels Kunststoff-Umspritzung als Kunststoffformrahmen gebildet sein. Dabei wird das Flächengebilde aufgespannt, in ein Kunststoff-Spritzwerkzeug eingelegt und dessen Randbereiche zur Bildung des tragenden Rahmens umspritzt. Vorteilhaft kann dann die elektrische Kontaktierung im Umspritzbereich realisiert werden. Durch ein abschnittsweise Umspritzen können auch 3D-Flächengebilde, beispielsweise gewickelte Flächengebilde, lagefixiert werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Fluidheizer als Hochvoltheizer ausgeführt.
Zur Ausbildung mehrerer Heizkreise kann der zur Herstellung des Flächengebildes verwendete isolierte Draht als verlitztes Bündel mehrerer isolierter Einzeldrähte ausgebildet sein, wobei dann die Heizkreise durch entsprechende Kontaktierung der Einzeldrähte ausgebildet sind. Bei einer derartigen Lösung sind die isolierten Einzeldrähte unabhängig voneinander ansteuerbar. Prinzipiell kann der isolierte Draht jedoch auch litzenförmig ausgebildet sein, wobei eine Vielzahl von nicht isolierten Drahtseelen verlitzt ist und von einer gemeinsamen Isolierung umgeben wird.
In der einfachsten Ausführung ist ein Einzeldraht (Drahtseele) mit einer Isolierung versehen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Fluidheizers kann beim Fertigen das Flächengebilde durch Variation z.B. der Maschenweite oder Maschendichte im Hinblick auf die optimale thermische, elektrische Leistung, einen vorbestimmten Widerstand oder ein erwünschtes Flächengewicht oder entsprechende Kenngrößen optimiert werden. Dabei ist beispielsweise in die industrielle Textilmaschine ein geeigneter Messaufnehmer, beispielsweise zur Widerstandsmessung integriert und der Fertigungsvorgang wird beendet, wenn ein Sollwiderstand erreicht ist.
Bei der Herstellung des Flächengebildes können Funktionselemente, wie beispielsweise Temperaturfühler oder Anschlusselemente in das Flächengebilde integriert werden. Bei dieser Herstellung werden vorzugsweise auch Halteelemente zur Lagefixierung des Flächengebildes an dem vorgenannten Rahmen oder dergleichen ausgebildet, so dass die Nachbearbeitung minimal ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 Ausführungsbeispiele eines als Luftheizer und als Flüssigkeitsheizer ausgeführten Fluidheizers;
2 ein Flächengebilde eines Heizelements des Luftheizers gemäß 1;
3 das Flächengebilde aus 2 in einen Rahmen eingespannt;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flächengebildes;
5 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 3, wobei vier Segmente seriell hinter einander geschaltet sind;
6 das Flächengebilde gemäß 5 in einem gefalteten Zustand;
7 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Flächengebilde mit vier Segmenten ausgeführt ist, die parallel verschaltet sind;
8 das Flächengebilde gemäß 7 in einem gefalteten Zustand;
9 bis 13 Fertigungsschritte zur Herstellung eines Fluidheizers mit einem Flächengebilde gemäß 6;
14 ein Flächengebilde eines als Flüssigkeitsheizer gemäß 1b ausgeführten Fluidheizers, wobei das Flächengebilde als Wicklung ausgeführt ist;
15 die Wicklung des Flüssigkeitsheizers aus 14 mit angesetzten Endstücken;
16 einen Heizkern mit einem Flächengebilde gemäß den 14 und 15;
17 einen Träger eines Heizkerns eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Flüssigkeitsheizers gemäß 1b);
18 den Träger gemäß 17 mit einem daran befestigten Flächengebilde;
19 einen Heizkern mit einem Flächengebilde nach 18;
20 bis 25 Montageschritte bei der Herstellung eines Flüssigkeitsheizers gemäß 1b) ausgehend von einem Heizkern gemäß den 16 oder 19.

Die im Folgenden beschriebenen Fluidheizer 1 können beispielsweise als Luftheizer oder als Flüssigkeitsheizer ausgeführt sein. 1a) zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Hochvolt(HV)-Luftheizers. In 1b) ist ein HV-Flüssigkeitsheizer dargestellt. Im Folgenden wird der Grundaufbau dieser Fluidheizer 1 und deren Herstellung erläutert.
Sowohl in der Ausführungsform als Luftheizer als auch in der Ausführungsform als Flüssigkeitsheizer hat der erfindungsgemäße Fluidheizer 1 ein mit einem Flächengebilde 4 ausgeführtes Heizelement 2, dessen Grundaufbau in 2 dargestellt ist. Demgemäß ist das Flächengebilde 4, beispielsweise als Gewirk, Gestrick, Gewebe oder Geflecht ausgeführt, das beispielsweise auf einer industriellen Maschine, wie beispielsweise einer Strickmaschine hergestellt ist. In 2 ist lediglich ein Teilbereich der textilen Struktur des Flächengebildes 4 zeichnerisch angedeutet. Bei den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen ist dieses Flächengebilde als Maschengebilde bzw. Gestrick (Strickgewebe) ausgeführt, wobei dieses Strickgewebe flächig - wie in 2 dargestellt - oder aber auch in einer beliebigen 3D-Form, beispielsweise schlauchartig ausgeführt sein kann. Das zu erwärmende Medium durchströmt Maschen 6 des Flächengebildes 4, wobei der Herstellvorgang (Strickvorgang) so eingestellt ist, dass eine für den jeweiligen Anwendungsfall optimale Maschenweite und ein damit einhergehender minimaler Druckabfall beim Durchströmen bei optimaler Wärmeübertragungsfläche eingestellt wird. Das Flächengebilde 4 kann, wie in 2 oben rechts dargestellt, aus einem oder mehreren isolierten Drähten 7 ausgebildet werden, wobei eine Drahtseele 8, d.h., der eigentliche unisolierte Draht, beispielsweise aus Cu, AI, CuNi oder Kohlefasern besteht. Prinzipiell ist bei der Herstellung jedes für Heizdrähte verwendetes Material geeignet. Im Unterschied zu herkömmlichen Lösungen werden jedoch keine blanken Drähte verwendet, sondern erfindungsgemäß ist die Drahtseele 8 mit einer Isolierung 10 versehen, die beispielsweise durch einen Lack, eine Beschichtung oder dergleichen ausgebildet ist und die so den isolierten Draht 7 bildet.
Für die Isolierung 10 haben sich dabei Lacke oder Beschichtungen als besonders geeignet herausgestellt. Lacke können dabei auf PU- oder PEI-Basis hergestellt sein und mittels Tauchen oder Durchziehen aufgetragen werden. Ummantelungen können beispielsweise auf PEEK-Basis hergestellt sein und mittels Extrusions- oder Abscheidevorgängen aufgetragen werden.
Bei Hochvoltanwendungen beträgt die Stärke der Isolation beispielsweise zwischen 5 µm und 100 µm. In 2 rechts mittig ist eine Variante eines isolierten Drahts 7 dargestellt, der als Litze 12 aus einer Vielzahl von einzelnen Drahtseelen 8 besteht, die dann wiederum von einer Isolierung 10 umgeben sind.
In 2 rechts unten ist eine Variante zu sehen, bei der mehrere isolierte Drähte 7, bestehend aus Drahtseelen 8 und Isolierungen 10 zu einem Bündel 13 isolierter Drähte 7 verlitzt (verdrillt) sind. Ein derartiges, als Bündel 13 isolierter Drähte 7 ausgeführtes Element eröffnet die Möglichkeit, durch Kontaktierung der Einzeldrähte mehrere Heizkreise auszubilden.
Die Maschenweite kann innerhalb der beschriebenen Ausführungsbeispiele variieren, so dass beispielsweise eine Anpassung an das Strömungsprofil ermöglicht wird.
Es können auch mehrere Heizkreise auch durch Zusammenschalten mehrerer individueller Heizelemente 2 oder durch entsprechende Ausgestaltung des Flächengebildes 4 ausgebildet sein.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Endabschnitte des Flächengebildes 4 als seitlich herausgeführte elektrische Anschlüsse 14, 16 ausgeführt, über die die Kontaktierung mit der Stromzuführung/Leistungselektronik erfolgt. Diese elektrische Kontaktierung kann erfindungsgemäß sehr einfach dadurch erfolgen, dass die vorgeschriebene Isolierung 10 mechanisch, thermisch oder chemisch (ätzen) entfernt wird.
Wie im Folgenden erläutert, wird das Flächengebilde 4 in eine rahmenförmige Struktur oder einen sonstigen Halter eingespannt. Zur Befestigung werden am Umfang des Flächengebildes 4 gemäß 2 Haltemittel, beispielsweise Ösen 18, 20, 22 ausgebildet, die zur Fixierung an dem Rahmen/Halter dienen. Diese Ösen 18, 20, 22 sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass eine thermische und elektrische Isolierung des Flächengebildes 4 nach außen hin, insbesondere zum Rahmen/Halter erfolgt. Diese Ösen 18, 20, 22 können beispielsweise beim Strickvorgang durch eine Vielzahl von Schlaufen 24 ausgebildet werden, die aus einem geeigneten Fadenmaterial, beispielsweise Aramid bestehen und während der Ausbildung des Flächengebildes 4 integriert oder aber in einem weiteren Arbeitsgang mit dem Flächengebilde 4 vernäht werden. Anstelle einer Vielzahl von Einzelschlaufen 24 können die Ösen 18, 20, 22 jedoch auch selbst als Maschengebilde ausgeführt sein.
In 2 rechts ist noch eine Variante angedeutet, bei der am Flächengebilde 4 während des Strickvorgangs, vorzugsweise verstärkte, Kauschen 26 ausgebildet werden, die dann entsprechende Haltemittel zur Befestigung am Rahmen/Halter aufnehmen. Mit einer derartigen Variante ist es beispielsweise möglich, einen Aramidfaden spiralförmig durch die Kauschen 26 hindurchzuführen, um das Flächengebilde 4 am Rahmen/Halter zu verspannen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist das Flächengebilde 4 - wie erwähnt - auf einer Flachstrickmaschine als flächiges Maschengebilde ausgeführt. Bei der beispielhaft dargestellten Rechteckform können dann an drei Umfangskanten die vorbeschriebenen Haltemittel, beispielsweise die Ösen 18, 20, 22 ausgebildet werden.
Gemäß 3 kann bei einem derartigen Ausführungsbeispiel als Träger ein Rahmen 28 U-förmig ausgeführt sein, so dass er die rechtwinklig zueinander angeordneten Ösen 18, 20, 22 durchsetzt. Das Einführen des Rahmens 28 ist besonders einfach, wenn dieser aus drei Rahmenelementen 30a, 30b, 30c besteht, die dann nach dem Einführen in die jeweilige Öse miteinander zum Rahmen 28 verbunden werden. Dies kann beispielsweise durch eine Steckverbindung oder aber auch eine stoffschlüssige Verbindung erfolgen. Auf die in 3 nach oben hin auskragenden freien Endabschnitte der Rahmenelemente 30a, 30c wird dann ein Joch 32 aufgesetzt, das die Rahmenstruktur schließt. Die Geometrie des Rahmens 28 ist dabei so ausgelegt, dass das Flächengebilde 4 so aufgespannt wird, dass es während der Durchströmung und Aufheizung die vorbestimmte Form beibehält. Die Durchströmungsrichtung ist in 3 mit einem Pfeil angedeutet.
Bei einem vorrichtungstechnisch einfach ausgeführten Ausführungsbeispiel kann der Rahmen 28 auch durch Umspritzen des Flächengebildes 4 ausgeführt sein. Wie eingangs erläutert, wird dieses in ein Kunststoff-Spritzwerkzeug eingelegt, wobei die Kavität derart ausgeführt ist, dass die Randbereiche des Flächengebildes 4 mit einem geeigneten Kunststoffmaterial umspritzt werden. Dieses Umspritzen erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die elektrische Kontaktierung im Bereich dieses Rahmens erfolgen kann. Nach dem Umspritzen ist das Flächengebilde 4 zuverlässig im Rahmen 28 positioniert, so dass es auch hohen Strömungsgeschwindigkeiten standhalten kann. Mit einem derartigen Umspritzen lassen sich durch geeignete Auslegung des Werkzeugs unterschiedlichste Rahmengeometrien realisieren. Bei den folgenden Ausführungen werden auch gewickelte oder in sonstiger Weise ausgebildete 3D-Flächengebilde beschrieben. Prinzipiell ist es auch möglich, derartige Flächengebilde durch partielles Umspritzen lagezufixieren.
4 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel, bei dem das Flächengebilde 4 lediglich mit zwei Ösen 18, 20 in der vorbeschriebenen Form ausgebildet ist. Ein derartiges Flächengebilde 4 eröffnet die in 5 dargestellte Möglichkeit, eine Vielzahl derartiger Flächengebilde 4, 4', 4'', 4''' seriell hintereinanderliegend anzuordnen. Dabei kann diese serielle Anordnung in einem einzigen Herstellvorgang, beispielsweise einem Strickvorgang hergestellt sein, so dass das gesamte Flächengebilde bestehend aus den Einzelsegmenten 4, 4', 4'', 4''' sozusagen „durchgestrickt“ ist. Das heißt, die Herstellung der einzelnen Segmente erfolgt beginnend mit dem Flächengebilde 4 und endet mit der Herstellung des Flächengebildes 4'''. Dabei werden die Ösen 18, 20 nicht durchgehend ausgebildet, sondern im Übergangsbereich zwischen den vorbeschriebenen Segmenten sind jeweils Unterbrechungen 34, 36 ausgeführt, von denen in 5 lediglich zwei mit dem Bezugszeichen 34, 36 versehen ist.
Dem entsprechend sind an jedem Flächengebilde 4, 4', 4'', 4''' jeweils zwei Ösen 18, 20; 18', 20'; 18'', 20'' bzw. 18''', 20''' zugeordnet. Diese Struktur ermöglicht es, durch eine Faltung gemäß 6 eine vergleichsweise große Wärmeaustauschfläche bei einem minimalen Durchströmungsquerschnitt auszubilden. Bei diesem gefalteten Heizelement 2 erfolgt die Faltung im Bereich der Unterbrechungen 34, 36, wobei die Faltung entlang der Verbindungslinie der zugeordneten Unterbrechungen 34, 36 zwischen den Ösen 18, 20 erfolgt. Die sich zwischen den Unterbrechungen 34, 36 erstreckenden Abschnitte des Flächengebildes 4 bilden dann Scheitel 38, 40, 42 aus, entlang denen das Flächengebilde umgelenkt ist. Der Verlauf dieser Scheitel 38, 40, 42 ist in 5 gestrichelt angedeutet. Bei einer derartigen Faltung verlaufen dann die Ösen 18, 18', 18'', 18''', 20, 20', 20'', 20''' senkrecht zu den Scheiteln 38, 40, 42. Aufgrund der seriellen Anordnung ist das Heizelement 2 gemäß 6 lediglich mit zwei elektrischen Anschlüssen 14, 16 ausgeführt die beispielsweise im Bereich des obenliegenden Scheitels 40 (Ansicht nach 6) aus der Faltung herausgeführt sind.
Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 2 lediglich mit einem Heizkreis ausgeführt. 7 zeigt eine Variante, bei der das Heizelement 2 durch eine Parallelschaltung der Flächengebilde 4, 4', 4'', 4''' vier Heizkreise ausbildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind somit praktisch vier Flächengebilde 4 gemäß 4 über drei Verbindungsstreifen 44, 46, 48 als streifenförmiges Heizelement 2 ausgebildet, wobei die einzelnen Flächengebilde 4, 4', 4'', 4''' in Parallelschaltung angeordnet sind. Dem entsprechend hat jedes Flächengebilde 4, 4', 4'', 4''' zwei elektrische Anschlüsse 14, 16; 14', 16'; 14'', 16'' bzw. 14''', 16''', die an die Leistungselektronik angeschlossen sind und somit zur Anpassung der Heizleistung individuell ansteuerbar sind.
Jedes der Flächengebilde 4, 4', 4'', 4''' ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit jeweils zwei Ösen 18, 20, 18', 20', 18'', 20'' bzw. 18''', 20''' ausgeführt, die parallel zu den Verbindungsstreifen 44, 46, 48 verlaufen.
Die in 7 dargestellte streifenförmige Struktur kann ebenfalls in einem einzigen Strickvorgang ausgeführt werden. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, einzelne Komponenten gemäß 4 dann in einem sich an den Strickvorgang anschließenden Arbeitsgang miteinander zu verbinden, wobei diese Verbindung ebenfalls über eine Strick- oder Nähmaschine erfolgen kann.
Wie in 8 dargestellt, wird diese streifenförmige Struktur dann entlang der Verbindungsstreifen 44, 46, 48 gefaltet, so dass die einzelnen Flächengebilde 4, 4', 4'', 4''' parallel zueinander angeordnet sind. Dem entsprechend verlaufen auch die scheitelförmig gefalteten Verbindungsstreifen 44, 46, 48 und die Ösen, von denen lediglich diejenigen des Flächengebildes 4 mit den Bezugszeichen 18, 20 versehen sind parallel zueinander. Wie vorstehend ausgeführt, sind jedem Flächengebilde 4, 4', 4'', 4''' jeweils zwei elektrische Anschlüsse zugeordnet, wobei in 8 lediglich die elektrischen Anschlüsse 14, 16 des Flächengebildes 4 mit Bezugszeichen versehen sind.
Durch Variation der Anzahl der Flächengebilde 4 und der Anzahl von Heizkreisen kann somit auf sehr einfache Weise das Heizelement 2 an unterschiedliche Betriebsparameter (Wärmeaustauschfläche, Heizleistung, Druckverlust (Strömungsgeschwindigkeit) angepasst werden.
Anhand der 9 bis 13 wird die Montage eines Fluidheizers 1 mit einem Heizelement 2 gemäß 6 erläutert. Wie beschrieben, wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Wärmeaustauschfläche durch die Faltung eines seriell ausgeführten streifenförmigen Flächengebildes 4 bestehend aus vier Segmenten gemäß 5 ausgebildet. Die elektrische Kontaktierung erfolgt entsprechend über lediglich zwei elektrische Anschlüsse 14, 16. Der Aufbau des Heizelements 2 gemäß 9 entspricht demjenigen gemäß 6, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind. Wie beschrieben, verlaufen die zum Aufspannen des Flächengebildes 4, 4', 4'', 4''' ausgebildeten Ösen 18, 18', 18'', 18''', 20, 20', 20'', 20''' parallel zueinander.
Dem entsprechend wird zum Aufspannen gemäß 10 ein Rahmen 28 verwendet, der in diese Parallelanordnung der Ösen eingreift. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rahmen 28 als Drahtbiegeelement ausgeführt. Selbstverständlich kann anstelle eines derartigen Drahtbiegeelementes auch ein spanend oder durch Urformen, z.B. Kunststoffspritzgießen ausgebildeter Rahmen verwendet werden.
Beim konkreten Ausführungsbeispiel ist der Rahmen 28, ähnlich wie die Variante gemäß 3 in der Gesamtstruktur etwa U-förmig ausgeführt. Eine Basis 50 des Rahmens 28 ist dabei durch zwei parallel verlaufende Drahtstreben 52, 54 ausgebildet, wobei beispielsweise Endabschnitte des Drahts in einer Fuge 56 aneinanderliegen, so dass eine praktisch geschlossene Struktur ausgebildet wird. Die zwei U-Schenkel 58, 60 bilden jeweils vier Rahmenstreben 62a, 62b, 62c, 62d, bzw. 64a, 64b, 64c, 64d aus, die jeweils in eine der vorgenannten Ösen 18, 20 des Flächengebildes 4 eintauchen und somit dieses aufspannen.
Jede der Rahmenstreben 62, 64 ist durch eine 180°-Umlenkung des Drahts im jeweiligen Bereich ausgebildet. Das Detail A zeigt den Aufbau der obenliegenden Scheitel 66 der jeweiligen Rahmenstreben 62, 64. Aus dieser Darstellung erkennt man, dass der Draht im Scheitelbereich soweit umgebogen ist, dass die sich zum Scheitelbereich 66 und vom Scheitelbereich weg erstreckenden Drahtabschnitte 68, 70 aneinander liegen oder in einem geringen Abstand zueinander angeordnet sind, wobei das dem zweifachen Drahtdurchmesser d entsprechende Maß der lichten Weite der vorbeschriebenen Ösen 18, 20 entspricht und somit die Rahmenstreben 62, 64 jeweils in eine der Ösen 18, 20 passgenau eintauchen.
Die Länge I der Rahmenstreben 62, 64 entspricht der Länge der Ösen 18, 20.
Der die Rahmenstreben 62, 64 ausbildende Draht ist im Bereich der Basis 50 ebenfalls U-förmig umgebogen, wobei die dort entstehenden Umlenkungen 72, 74 gemäß dem Detail B den Übergangsbereich zwischen den benachbarten Rahmenstreben 62a, 62b, 62c, 62d bzw. 64a, 64b, 64c, 64d ausbilden. Die lichte Weite A zwischen den einen Scheitel 72, 74 ausbildenden Drahtabschnitten entspricht dabei dem Abstand A zweier benachbarter Ösen 18, 20 des gefalteten Heizelementes (siehe 9). Die im Detail B mittig angeordneten, aneinander liegenden Drahtabschnitte haben wiederum das Maß 2d, das der Ösenweite (siehe 9) entspricht.
Der derart ausgeformte Rahmen 28 wird dann gemäß 11 mit den Rahmenstreben 62, 64 in die entsprechenden Ösen 18, 20 eingefädelt, so dass die Scheitel 66 der Rahmenstreben 62, 64 nach oben hin auskragen.
In einem in 12 dargestellten Montageschritt wird dann das derart ausgebildete Heizelement 2 in einen Flansch 76 eingesetzt, so dass die Endabschnitte der Rahmenstreben 62, 64 mit dem jeweiligen Scheitel 66 nach oben über den Flansch 76 überstehen und in diesem lagefixiert sind. Trotz der vergleichsweise elastischen Struktur des als Drahtbiegeteil ausgeführten Rahmens 28 ist durch die Versteifung über den Flansch 76 eine hinreichende Verspannung des Flächengebildes 4 (4', 4'', 4''') gewährleistet. Die Lagefixierung kann beispielsweise durch Verklemmen oder in sonstiger Weise kraft- und/oder formschlüssig erfolgen. Die elektrischen Anschlüsse 14, 16 werden mit Kontaktzungen 78, 80 verbunden, über die die Kontaktierung mit der Leistungselektronik erfolgt. In an sich bekannter Weise ist am Flansch 76 noch ein Massebolzen 82 ausgeführt, der über eine Massebrücke 83 unter anderem mit den Rahmenstreben 62, 64 kontaktiert ist.
In 12 ist des Weiteren gestrichelt eine Anlagefläche 84 angedeutet, an der beispielsweise Schaltelemente (MosFet's) der benachbart angeordneten Leistungselektronik anliegen, so dass deren Wärme an das den Fluidheizer 1 durchströmende Medium abgegeben werden kann.
Mit dem Bezugszeichen 86 sind Bohrungen bezeichnet, über die der Fluidheizer in einem Strömungskanal, beispielsweise in einem Luftkanal eines Klimakastens einer Klimaanlage befestigt werden kann.
In einem finalen Arbeitsschritt gemäß 13 wird dann auf den Flansch 76 die Leistungselektronik mit den Schalt- und Steuerelementen aufgesetzt und mittels eines Elektronikgehäuses 88 überdeckt. An diesem sind des Weiteren ein Hochvoltstecker 90 zur Stromversorgung und ein Niedervoltstecker 92 zum Anschluss von Steuerleitungen befestigt. Der prinzipielle Aufbau einer derartigen Leistungselektronik mit der zugeordneten Einhausung ist bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Der Aufbau und die Montage von Ausführungsbeispielen des in 1b) dargestellten, als Heizer für ein flüssiges Medium ausgeführten Fluidheizers 1 wird anhand der 14 bis 25 erläutert.
Bei dem anhand der 14 bis 16 erläuterten Ausführungsbeispiel sind zwei Heizkreise vorgesehen, die jeweils mit einem Flächengebilde 4, 4' ausgeführt sind, das als Wicklung 94 ausgeführt ist. Mit anderen Worten gesagt, das Flächengebilde 4, 4' wird jeweils zu der etwa spiralförmigen Wicklung aufgerollt, so dass die einzelnen Wicklungslagen 93, 95 in Anlage zu einander stehen und so einander in Radialrichtung stabilisieren. Durch entsprechende Ausgestaltung der Wicklung 94 ist eine sehr einfache Anpassung an unterschiedliche Rohrdurchmesser ermöglicht. Die elektrische Kontaktierung erfolgt, wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen über die elektrischen Anschlüsse 14, 16 bzw. 14', 16'. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Anschlüsse 14, 16 bzw. 14', 16' in Radialrichtung nach außen geführt. Wie in 14 gestrichelt angedeutet, kann die Kontaktierung jedoch auch erfolgen, indem zumindest einer der Anschlüsse (in 14 beispielhaft der Anschluss 16') etwa in Axialrichtung aus der Wicklung 94 herausgeführt ist.
Wie vorstehend erläutert, kann ein derartiger zweistufiger Heizer durch entsprechende Steuerung der industriellen Textilmaschine in einem einzigen Arbeitsgang ausgebildet werden. Prinzipiell möglich ist es auch, zwei Flächengebilde 4, 4' getrennt voneinander herzustellen, aufzuwickeln und dann in Axialrichtung benachbart zu einander zu positionieren. Erfindungsgemäß bevorzugt ist jedoch die erst genannte Variante. Zur Lagefixierung der Wicklung 94 wird gemäß 15 auf die beiden außen liegenden Endabschnitte der beiden gewickelten Flächengebilde 4, 4' jeweils ein Endstück 96, 98 aufgesetzt. Diese können aus Kunststoff hergestellt werden. Jedes dieser Endstücke 96, 98 hat zu den Flächengebilden 4, 4' vorspringende, sich achsparallel erstreckende Positionsrippen 99, die den Außenumfang der jeweiligen Wicklung 94 umgreifen und diese somit in Umfangsrichtung stabilisieren. In 15 ist jeweils eine der Positionsrippen 99a, 99b der Endstücke 96, 98 mit einem Bezugszeichen versehen. Diese ähnlichen Bezugszeichen sind gewählt, da die Kontur der Endstücke 96, 98 im Prinzip identisch ist.
Die Endstücke 96, 98 bilden einen Zulauf 100 bzw. einen Auslass 102 für das zu erwärmende Medium (Flüssigkeit), wobei der Anschluss an eine Rohrleitung oder einen Flüssigkeitssammler/-verteiler jeweils über ein Anschlussrohr 104a, 104b erfolgt. Im Inneren dieser Anschlussrohre 104a, 104b ist jeweils eine Querrippe 105 ausgebildet, die ein Ausdrehen der Wicklung 94 durch die Strömungskräfte verhindert. Ein die Querrippe 105 tragender Abschnitt der Anschlussrohre 104a, 104b ist über eine Innenschulter 107 zurückgestuft.
Der beispielsweise als Dichtfläche ausgebildete Außenumfang der Anschlussrohre 104a, 104b ist jeweils über eine Ringstirnfläche 106a, 106b zurückgestuft, so dass an jedem Endstück 96, 98 ein Stützbund 108a, 108b ausgebildet ist, aus dem heraus sich in achsparalleler Richtung die Positionsrippen 99a bzw. 99b in Richtung zu den Wicklungen der Flächengebilde 4, 4' erstrecken. Die Umhüllende der Positionsrippen 99 hat den gleichen Durchmesser wie der Stützbund 108.
Gemäß der Darstellung in 16 wird dann zwischen die Endstücke 96, 98 in dem Bereich zwischen den Ringstirnflächen 106a, 106b ein Fluidleitrohr 110 montiert, das stirnseitig an den Ringstirnflächen 106a, 106b abgestützt ist, wobei der Außendurchmesser des Fluidleitrohrs 110 dem Außendurchmesser der Anschlussrohre 104a, 104b entspricht. Das Fluidleitrohr 110 kann in Längsrichtung geteilt sein, um das Einsetzen zwischen die Endstücke 96, 98 zu erleichtern. Es entsteht somit ein als Heizkern 112 ausgeführtes Heizelement 2, das in der nachstehend beschriebenen Weise als modulare Komponente eines Fluidheizers 1 verwendbar ist.
Anhand der 17 bis 19 wird eine weitere Variante eines Fluidheizers 1 zum Erwärmen von flüssigen Medien erläutert.
Das Heizelement 2 ist dabei wiederum mit einem Flächengebilde 4 ausgeführt, das als flächiges Gestrick auf einer industriellen Textilmaschine hergestellt ist. Wie erläutert, kann anstelle eines derartigen flächigen Flächengebildes 4 auch ein in einer beliebigen 3D-Form ausgebildetes Flächengebilde verwendet werden.
Das in 18 (oben) angedeutete Flächengebilde 4, das - in der vorbeschriebenen Weise - einen oder mehrere Heizkreise ausbilden kann und dessen Maschenweite an die jeweiligen Betriebsbedingungen (zu erwärmende Flüssigkeit, Strömungsgeschwindigkeit, zu übertragende Wärme...) angepasst ist, wird gemäß 17 von einem Halter 114 gehalten, der im weitesten Sinne eine Rohrstruktur aufweist. Dieser Halter 114 hat wiederum zwei rohrförmige Endstücke 96, 98, die beispielsweise aus Kunststoff hergestellt sind. Es sei angenommen, dass das Endstück 96 zulaufseitig und das Endstück 98 ablaufseitig angeordnet ist. Die zu erwärmende Flüssigkeit strömt dem entsprechen durch den Zulauf 100 in den Halter 114 ein und über einen Auslass 102 ab. Bei einer Herstellung aus Kunststoff ist zur Vermeidung von Materialanhäufungen jedes Endstück 96, 98 mit einer Vielzahl von Ausnehmungen 116, 118 ausgeführt. Im Prinzip können diese Ausnehmungen 116, 118 auch zusätzliche, parallel zum mittigen Strömungskanal angeordnete Fluidkanäle ausbilden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundaufbau der beiden Endstücke 96, 98 im Wesentlichen identisch, so dass im Folgenden lediglich der Aufbau des Endstücks 96 beschrieben wird. Die außenliegende Stirnfläche des Endstücks 96 ist als Dichtfläche 120 ausgebildet und gegenüber dem Außenumfang des Endstücks 96 zurückgestuft, so dass der Halter 114 mit dem im Folgenden noch beschriebenen Heizelement 4 dichtend an den jeweiligen Strömungskanal angesetzt werden kann. Prinzipiell können die Endstücke 96, 98 jedoch auch gemäß den vorbeschriebenen 14 bis 16 ausgeführt sein.
Die einander zuweisenden Endabschnitte der Endstücke 96, 98 sind ebenfalls zurückgestuft und bilden jeweils den Stützbund 108, der in ein Fluidleitrohr (siehe folgende Ausführungen) eintaucht. Dieses stützt sich dann stirnseitig an einer Ringstirnfläche 106 des Endstücks 96 ab. Die vorgenannten Ausnehmungen 118 münden in der Stirnfläche des Stützbunds 108.
Zwischen den beiden zueinander beabstandeten Endstücken 96, 98 erstrecken sich auf einem gemeinsamen Teilkreis eine Vielzahl von Führungsstäben 122, die im jeweiligen Stützbund 108 der Endstücke 96, 98 befestigt sind und den Zulauf 100 sowie den Auslass 102 umgreifen. Zur Stabilisierung ist etwa mittig zwischen den beiden Endstücken 96, 98 ein Haltering 124 angeordnet, der von den Führungsstäben 122 durchsetzt ist. Prinzipiell können die Führungsstäbe 122 auch zweiteilig ausgeführt sein, wobei sich ein Teil vom Endstück 96 zum Haltering 116 und der andere Teil vom Haltering 116 zum Endstück 98 erstreckt.
Bei dem in 17 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch der Haltering 124 mit Ausnehmungen 118 ausgeführt. Der Außendurchmesser des Halterings 128 entspricht dem Außendurchmesser der beiden Stützbunde 108 der Endstücke 96, 98.
Wie in 18 angedeutet, wird dann auf diesem Halter 114 das flächige Flächengebilde 4 aufgespannt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 18 sind zwei Flächengebilde 4, 4' mit den jeweiligen elektrischen Anschlüssen 14, 16 bzw. 14', 16' vorgesehen, so dass der in 18 dargestellte Heizkern 112 mit zwei Heizkreisen/Heizstufen ausgeführt ist. Das Aufspannen der Flächengebilde 4, 4' erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel dadurch, dass gemäß der oben rechts dargestellten Skizze das Flächengebilde 4 benachbarte Führungsstäbe 122, 122' wechselweise umschlingt, so dass beispielsweise das Flächengebilde 4 bei einem Führungsstab 122 radial innenliegend und beim benachbarten Führungsstab 122' radial außenliegend angeordnet ist. Durch diese Umschlingung, die durch einen entsprechenden Reibschluss zwischen dem Flächengebilde 4 und den Führungsstäben 122 verstärkt werden kann, ist eine zuverlässige Lagefixierung des Flächengebildes 4 gewährleistet. Zur weiteren Lagesicherung können noch zusätzliche Spannelemente vorgesehen werden, um das Flächengebilde 4 gespannt an dem Halter 114 zu halten. Die beiden in 18 oben dargestellten Endabschnitte 126, 128 der Flächengebilde 4, 4' können dann in geeigneter Weise am Halter 114 festgelegt werden, um die Spannlage zu sichern. Die elektrische Kontaktierung der Flächengebilde 4, 4' erfolgt wiederum über deren elektrische Anschlüsse 14, 16, 14', 16'.
Nach dem Aufspannen der Flächengebilde 4, 4' auf dem Halter 94 wird gemäß 19 ein Fluidleitrohr 110 angebracht, das sich zwischen den beiden Endstücken 96, 98 erstreckt.
Das Fluidleitrohr 110 gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise, wie erwähnt, geteilt ausgeführt sein, so dass die Montage in der Konstellation gemäß 16 oder 18 vereinfacht ist. Prinzipiell kann ein Endstück 96, 98 auch mehrteilig ausgeführt sein, so dass das Fluidleitrohr 110 axial aufgeschoben werden kann und die stirnseitige Lagefixierung dann durch ein in einem weiteren Montageschritt auf das jeweilige Endstück aufgesetztes Abschlusselement gewährleistet ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die elektrischen Anschlüsse 14, 16, 14', 16' durch Durchbrüche des Fluidleitrohrs 110 hindurch radial nach außen geführt.
Der derart ausgebildete Heizkern 112 wird in Pfeilrichtung von der zu erwärmenden Flüssigkeit durchströmt, so dass diese am Auslass 102 die vorbestimmte Temperatur aufweist.
Zur Vergrößerung der Heizleistung können mehrere derartige Heizkerne 112 der vorbeschriebenen Bauarten zu einem Fluidheizer 1 zusammengefügt werden. Eine entsprechende Ausführung ist in 20 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der vorbeschriebene Heizkern 112, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 20 lediglich mit einem Heizkreis ausgeführt ist, an einen Fluidverteiler 130 angeschlossen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel können vier derartige Heizkerne 112 an den Fluidverteiler 130 angesetzt werden. Der Fluidverteiler 130 ist einlassseitig über einen Rohrstutzen 132 mit dem Fluidsystem eines Fahrzeugs verbunden. Der Rohrstutzen 132 kann dabei mit einem Schraubflansch gemäß 20 oder aber auch mit einem Schnellverschluss ausgeführt sein, der ein einfaches Ankoppeln an das Fluidsystem ermöglicht.
Heizkernseitig hat der Fluidverteiler 130 einen Verteilerflansch 134, der vier Fluidverteilerauslässe 136 ausbildet, von denen lediglich einer mit einem Bezugszeichen versehen ist. Jeder Fluidverteilerauslass 136 ist so ausgeführt, dass der jeweilige Heizkern 112 dichtend eingesetzt werden kann. Die Abdichtung kann mittels eines nicht dargestellten O-Rings erfolgen. Alternativ kann der Heizkern 112 auch stoffschlüssig oder durch Einpressen dichtend eingesetzt sein. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Fluidverteilerauslass 136 als Dichtmanschette ausgeführt, in die das benachbarte Endstück 96 des jeweiligen Heizkerns 112 eingesetzt wird. Am Fluidverteilerflansch 134 ist wiederum eine Auflage 138 für Schaltelemente der Leistungselektronik vorgesehen, so dass deren Wärme an das zu erwärmende Fluid abgegeben werden kann.
In der Darstellung gemäß 21 sind dann insgesamt vier Heizkerne 112a, 112b, 112c und 112d an den vorbeschriebenen Fluidverteiler 130 angesetzt. Gemäß 22 wird an die vom Fluidverteiler 128 entfernten Endabschnitte der Heizkerne 112a, 112b, 112c, 112d, d. h., auf die Endstücke 98a, 98b, 98c, 98d ein Fluidsammler 140 aufgesetzt, dessen Aufbau im Prinzip dem Aufbau des Fluidverteilers 130 entspricht. Auch beim Fluidsammler 140 ist eine Auflage 142 zur Kühlung von elektronischen Bauteilen der Leistungselektronik vorgesehen. Das über die Heizkerne 112a, 112b, 112c und 112d erwärmte Fluid tritt dann über einen Auslassrohrstutzen 144 aus dem Fluidheizer 1 aus. Der Aufbau des Auslassrohrstutzens 144 entspricht wiederum demjenigen des einlassseitigen Rohrstutzens 132.
Die Anordnung gemäß 22 wird dann, wie in 23 dargestellt, eingehaust. Das Gehäuse 146 ist dabei mantelförmig an den Fluidverteiler 130und den Fluidsammler 140 angesetzt und mit diesem über Zuganker 148 verbunden. Die Außenkontur des Fluidverteilers 130 des Fluidsammlers 140 ist etwa rechteckförmig, so dass auch entsprechend ein rechteckförmiges Gehäuse 146 ausgebildet wird. Die elektrischen Anschlüsse 14, 16, 14', 16' erstrecken sich durch das nach oben (Ansicht nach 23) hin offene Gehäuse 146 hindurch.
Die Räume zwischen den Heizkernen 112a, 112b, 112c, 112d können innerhalb des Gehäuses 146 mit einem Dämmmaterial ausgefüllt werden, so dass zum einen eine thermische Isolation erfolgt und zum anderen Vibrationen vorgebeugt ist.
Wie in 23 dargestellt, erstrecken sich die Anschlüsse 14, 16 (in 22 sind lediglich einige der elektrischen Anschlüsse dargestellt) aus dem nach oben hin (Ansicht nach 23) offenen Gehäuse 146 heraus. Im Bereich der Gehäuseöffnung wird gemäß 24 eine Elektronikplatine 150 der Leistungselektronik aufgesetzt. Die Elektronikplatine 150 ist in 24 ohne Bestückung gezeichnet. Die vorgenannten elektrischen Anschlüsse 14, 14', 14'', 14'''; 16, 16', 16'', 16''' der Heizkerne 112a, 112b, 112c, 112d sind, wie in 24 angedeutet, mit der Elektronikplatine 150 kontaktiert.
In einem abschließenden Montageschritt wird dann gemäß 25 wie beim vorbeschriebenen Luftheizer das Elektronikgehäuse 88 mit dem Niedervolt-Stecker 92 und dem Hochvolt-Stecker 90 aufgesetzt und in geeigneter Weise mit dem Gehäuse 146 verbunden. Die beiden Stecker 90, 92 sind über geeignete, nicht dargestellte Befestigungsmittel am Elektronikgehäuse 88 befestigt. Optional kann ein Massenbolzen vorgesehen werden (nicht dargestellt), über den metallische Komponenten mit Masse verbunden werden.
Das Elektronikgehäuse 88 der vorbeschriebenen Fluidheizer 1 kann aus Kunststoff oder Metall gefertigt sein, wobei in jedem Fall die EMV-Abschirmung der innenliegenden Elektronik zu beachten ist, um Wechselwirkungen mit der den sonstigen Elektronikkomponenten zu vermeiden.
Offenbart ist ein Fluidheizer, bei dem ein Heizelement als Flächengebilde aus einem isolierten Draht oder dergleichen gebildet ist.
Bezugszeichenliste

1: Fluidheizer
2: Heizelement
4: Flächengebilde
6: Masche
7: isolierter Draht
8: Drahtseele
10: Isolierung
12: Litze
13: Bündel isolierter Drähte
14: elektrischer Anschluss
16: elektrischer Anschluss
18: Öse
20: Öse
22: Öse
24: Schlaufe
26: Kausch
28: Rahmen
30: Rahmenelement
32: Joch
34: Unterbrechung
36: Unterbrechung
38: Scheitel
40: Scheitel
42: Scheitel
44: Verbindungsstreifen
46: Verbindungsstreifen
48: Verbindungsstreifen
50: Basis
52: Drahtstrebe
54: Drahtstrebe
56: Fuge
58: U-Schenkel
60: U-Schenkel
62: Rahmenstrebe
64: Rahmenstrebe
66: Scheitel
68: Drahtbereich
70: Drahtbereich
72: Umlenkung
74: Umlenkung
76: Flansch
78: Kontaktzunge
80: Kontaktzunge
82: Massebolzen
83: Massebrücke
84: Anlagefläche
86: Bohrung
88: Elektronikgehäuse
90: Hochvoltstecker
92: Niedervoltstecker
93: Wicklungslage
94: Wicklung
95: Wicklungslage
96: Endstück
98: Endstück
99: Positionsrippe
100: Zulauf
102: Auslass
104: Anschlussrohr
105: Querrippe
106: Ringstirnfläche
107: Innenschulter
108: Stützbund
110: Fluidleitrohr
112: Heizkern
114: Halter
116: Ausnehmung
118: Ausnehmung
120: Dichtfläche
122: Führungsstab
124: Haltering
126: Endabschnitt
128: Endabschnitt
130: Fluidverteiler
132: Rohrstutzen
134: Fluidverteilerflansch
136: Fluidverteilerauslass
138: Auflage
140: Fluidsammler
142: Auflage
144: Auslassrohrstutzen
146: Gehäuse
148: Zuganker
150: Elektronikplatine

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2287541 A2 [0003, 0006]
WO 2018/215546 A1 [0005]
WO 2018/215541 A1 [0005]
DE 102017121063 A1 [0005]

Claims

Fluidheizer zum Erwärmen eines Fluids, vorzugsweise Luft oder Flüssigkeit, mit einem durch- oder umströmten, wärmeerzeugenden elektrischen Heizelement (2), das nach Art eines textilen Flächengebildes (4), beispielsweise als Geflecht, Gewirk, Gewebe, Maschengebilde, Kreuzgebilde, Vlies, Gestrick oder ungeordnete Struktur ausgeführt ist, das aus zumindest einem isolierten Draht (7), der eine mit einer Isolierung (10) versehene Drahtseele (8) aufweist, ausgebildet und an einem Träger gehalten ist.
Fluidheizer nach Patentanspruch 1, wobei das Flächengebilde (4) mittels einer Maschine, z.B. einer industriellen Textilmaschine, oder dergleichen als flächiges Element oder als 3D-Formkörper, beispielsweise in Form eines Hohlzylinders ausgeformt ist.
Fluidheizer nach Patentanspruch 2, wobei das Flächengebilde (4) gefaltet oder zu einem Formkörper gebogen oder gerollt ist.
Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Draht aus Cu, AI, CuNi, Kohlefasern oder einem sonstigen, für die Herstellung von Heizelementen verwendeten Material besteht.
Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Isolierung (10) ein Lack, vorzugsweise ein auf PU oder PEI basierender Lack oder eine durch Extrusion oder Abscheidung aufgebrachte Beschichtung, vorzugsweise aus PEEK, ist.
Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Flächengebilde (4) derart ausgeführt ist, dass zwei oder mehrere Heizkreise gebildet sind.
Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Flächengebilde (4) an einem Rahmen (28) gehalten ist.
Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Rahmen für das Flächengebilde (4) als Kunststoffformrahmen durch Umspritzen ausgebildet ist.
Fluidheizer nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei das Flächengebilde (4) als Wicklung (94) gerollt ist.
Fluidheizer nach Patentanspruch 9, wobei die Wicklung (94) in einem Fluidleitrohr (110) aufgenommen ist.
Fluidheizer nach Patentanspruch 9 oder 10, wobei an die Wicklung (94) stirnseitig Endstücke (96, 98) angesetzt sind, die die Wicklung (94) abschnittsweise umgreifen und lagefixieren und radial über die Wicklung (94) überstehen, so dass in einem Zwischenraum zwischen den Endabschnitten (96, 98) ein Raum zur Aufnahme eines Fluidleitrohrs (110) ausgebildet ist, das gemeinsam mit der Wicklung (94) und den Endstücken (96, 98) einen Heizkern (112) ausbildet.
Fluidheizer nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei das Flächengebilde (4) als rohrartige Struktur von einem vom Fluid durchströmten Halter (114) gehalten ist.
Fluidheizer nach Patentanspruch 12, wobei der Halter (114) eine Vielzahl von auf einem Teilkreis angeordneten Führungsstäben (122) hat, die wechselweise vom Flächengebilde (4) über- oder untergriffen sind und die vorzugsweise von einem Fluidleitrohr (110) umgeben sind, so dass ein Heizkern (112) ausgebildet ist.
Fluidheizer nach Patentanspruch 11 oder 13, wobei mehrere Heizkerne (112) in Parallelstellung zueinander angeordnet sind.
Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei an dem Flächengebilde (4) Haltemittel, vorzugsweise Ösen (18, 20, 22) oder Kauschen (26) zur Befestigung an dem Träger ausgebildet sind.
Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der isolierte Draht (7) als Litze (12) mit mehreren Drahtseelen (8) oder als verlitztes Bündel (13) aus mehreren isolierten Drähten (7) gebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Fluidheizers nach einem der vorhergehenden Patenansprüche, wobei ein Flächengebilde (4) aus einem mit einer Isolierung (10) versehenen Draht (7) maschinell, vorzugsweise mittels einer Strickmaschine hergestellt ist und wobei die Maschine einen Messaufnehmer hat, über den ein Widerstand, ein Flächengewicht oder eine generierbare elektrische Leistung erfassbar ist und die maschinelle Herstellung bei Erreichen eines vorbestimmten Grenzwertes beendet wird.