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Die Erfindung betrifft eine Schirmschicht, ein System, sowie ein Verfahren zur Entkopplung eines Heizleiters eines Heizelements von einem Chassis. Auch beschrieben wird eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Schutzschicht.
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Elektrische Fluidheizgeräte zur Erwärmung von Gasen oder Flüssigkeiten können Heizelemente aufweisen, die von dem zu erwärmenden Fluid umströmt werden. Diese Heizelemente können ein oder mehrere Heizleiter enthalten, die sich durch Stromfluss erwärmen und die erzeugte Wärme an das Fluid abgeben.
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Stromdurchflossene Heizleiter verursachen insbesondere beim Schalten, bedingt durch kapazitive parasitäre Kapazitäten gegenüber dem Chassis, kapazitive Umladeströme, welche auf oder über das Chassis geleitet werden. Diese Umladeströme verursachen elektromagnetische Störpegel und können zur Störung anderer elektrischer Komponenten in einem elektrischen Fahrzeugsystem führen. Ein typischer aus dem Stand der Technik bekannter Aufbau ist in der 1 der vorliegenden Anmeldung exemplarisch dargestellt. Im Stand der Technik müssen aufwendige Filtermaßnahmen mit Y-Kondensatoren und Common Mode Drosseln ergriffen werden, um diese Umladeströme zu unterdrücken. Die für diese Unterdrückung notwendigen Bauteile sind durch ihre Spannungsfestigkeit im Hochvoltbereich und durch die notwendige Stromtragefähigkeit von bis zu 40 Ampere sehr groß, schwer und auch teuer.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Möglichkeit bereitzustellen, diese kapazitiven Umladeströme kostengünstig und dennoch effektiv zu unterdrücken und zumindest zu reduzieren.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Blick auf die Schirmschicht durch eine Schirmschicht mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit Blick auf das System wird die Aufgabe durch den Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 5, mit Blick auf das Verfahren durch den Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 6 sowie mit Blick auf die Verwendung durch den Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 9 gelöst.
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Bevorzugte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf die Schirmschicht aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das Verfahren, das System sowie die Verwendung zu übertragen und umgekehrt.
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Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Schirmschicht zur Entkopplung, insbesondere zur elektromagnetischen Entkopplung, eines Heizleiters eines Heizelements von einem Chassis gelöst, wobei die Schirmschicht eine metallische Schicht aufweist und elektrisch isoliert zwischen dem Chassis und dem Heizleiter angeordnet ist.
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Unter dem Begriff „Entkopplung“ wird insbesondere, aber nicht ausschließlich, die Vermeidung oder Verringerung von unerwünschten induktiven, kapazitiven oder galvanischen Kopplungen zwischen zwei oder mehreren elektrischen Stromkreisen verstanden. Ein Chassis ist insbesondere ein Rahmen bzw. eine Umrahmung eines Heizers.
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Durch das Einbringen der erfindungsgemäßen Schirmschicht elektrisch isoliert zwischen dem Chassis und dem Heizleiter werden die durch die parasitären Kapazitäten verursachten Umladeströme nicht mehr auf das Chassis, sondern in die Schirmschicht eingekoppelt. Hierdurch werden auf das Chassis keine oder nur deutlich reduzierte Umladeströme geleitet. Auch können die üblicherweise eingesetzten Filtermaßnahmen wie Common Mode Drosseln und/oder Y-Kondensatoren entweder kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen. Da sich die Kosten für Filterkomponenten proportional zur Größe der Filterkomponenten verhalten, verringern sich hierdurch die Kosten.
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Vorteilhafterweise ist die metallische Schicht der Schirmschicht niederimpedant, insbesondere bzw. nämlich durch eine DC-Kopplung, mit einem positiven oder negativen Potential verbunden. Insbesondere ist die niederimpedante elektrische Verbindung eine DC-Kopplung (DC: Gleichstrom). Hierdurch können die in die Schirmschicht eingekoppelten Umladeströme direkt an ein positives oder negatives Potential abgeleitet werden. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der auf das Chassis geleiteten Umladeströme erreicht werden.
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Auch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die metallische Schicht der Schirmschicht über einen oder mehrere Kondensator(en) mit einem positiven oder negativen Potential, insbesondere durch eine AC-Kopplung, verbunden ist. Auch hierdurch können die in die Schirmschicht eingekoppelten Umladeströme direkt an ein positives oder negatives Potential abgeleitet werden. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der auf das Chassis geleiteten Umladeströme erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Heizleiter ein Heizkern. Hierdurch können im Stand der Technik bekannte Bauteile mit der erfindungsgemäßen Schirmschicht kombiniert werden.
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Auch wird die eingangs gestellte Aufgabe durch ein System zur Entkopplung eines Heizleiters eines Heizelements von einem Chassis gelöst, wobei das System folgendes aufweist:
- mehrere elektrische Lasten, insbesondere Heizleiter eines Heizerelements;
- ein Chassis;
- eine Schirmschicht nach einem der beschriebenen Ausführungsformen, welche elektrisch isoliert zwischen den mehreren elektrischen Lasten und dem Chassis angeordnet ist.
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Durch das System werden die Vorteile der erfindungsgemäßen Schirmschicht erzielt. So ist es durch das Einbringen der erfindungsgemäßen Schirmschicht insbesondere möglich, dass die durch die parasitären Kapazitäten verursachten Umladeströme nicht mehr auf das Chassis, sondern in die Schirmschicht einkoppeln. Hierdurch werden auf das Chassis keine oder nur deutlich reduzierte Umladeströme geleitet. Auch können die üblicherweise eingesetzten Filtermaßnahmen wie Common Mode Drosseln und/oder Y-Kondensatoren entweder kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen. Da sich die Kosten für Filterkomponenten proportional zur Größe der Filterkomponenten verhalten, verringern sich hierdurch die Kosten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zur Entkopplung eines Heizleiters eines Heizelements von einem Chassis gelöst, aufweisend den Verfahrensschritt:
- Anordnen eines erfindungsgemäßen Schutzschirms elektrisch isoliert zwischen einem Chassis und mehreren elektrischen Lasten, insbesondere Heizleitern eines Heizers.
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Durch das Verfahren werden die Vorteile der erfindungsgemäßen Schirmschicht erzielt. Insbesondere ist es durch das Einbringen der erfindungsgemäßen Schirmschicht möglich, dass die durch die parasitären Kapazitäten verursachten Umladeströme nicht mehr auf das Chassis, sondern in die Schirmschicht einkoppeln. Hierdurch werden auf das Chassis keine oder deutlich reduzierte Umladeströme geleitet. Auch können die üblicherweise eingesetzten Filtermaßnahmen wie Common Mode Drosseln und/oder Y-Kondensatoren entweder kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen. Da sich die Kosten für Filterkomponenten proportional zur Größe der Filterkomponenten verhalten, verringern sich hierdurch die Kosten.
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Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Verfahren den Verfahrensschritt auf: Niederimpedantes elektrisches Verbinden, insbesondere bzw. nämlich durch eine DC-Kopplung, einer metallischen Schicht der Schirmschicht mit einem positiven oder negativen Potential. Hierdurch können die in die Schirmschicht eingekoppelten Umladeströme direkt an ein positives oder negatives Potential abgeleitet werden. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der auf das Chassis geleiteten Umladeströme erreicht werden.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren folgenden Verfahrensschritt auf:
- Elektrisches Verbinden einer metallischen Schicht der Schirmschicht über einen oder mehrere Kondensator(en) mit einem positiven oder negativen Potential, insbesondere durch eine AC-Kopplung. Auch hierdurch können die in die Schirmschicht eingekoppelten Umladeströme direkt an ein positives oder negatives Potential abgeleitet werden. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der auf das Chassis geleiteten Umladeströme erreicht werden.
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Konkret wird die eingangs gestellte Aufgabe auch durch eine Verwendung eines Schutzschirms zur Entkopplung, insbesondere zur elektromagnetischen Entkopplung, eines Heizleiters eines Heizelements von einem Chassis gelöst. Bei diesem Schutzschirm handelt es sich insbesondere um den bereits vorstehend erwähnten Schutzschirms.
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Ein Ausführungsbeispiel des Stands der Technik, sowie eines der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise stark vereinfachten Darstellungen:
- 1 eine Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik,
- 2 eine erfindungsgemäße Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleichwirkende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung eine Schirmschicht betrifft, aufweisend eine metallische Schicht, welche isoliert gegenüber Chassis und isoliert gegenüber dem eine Fläche aufspannen Heizleiter, eingebettet wird. Diese metallische Schicht wird niederimpedant (DC-Kopplung) oder über einen Kondensator (AC-Kopplung) mit den Potentialen UHV+ oder UHV- verbunden. Dadurch entsteht eine Schirmschicht. Ein Chassis ist beispielsweise ein Rahmen bzw. eine Umrahmung eines Heizers.
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Durch das Einbringen dieser schirmenden Schicht zwischen dem eine Fläche aufspannen Heizleiter und dem Chassis, werden die durch die parasitären Kapazitäten verursachten Ströme IHF nicht mehr auf das Chassis gekoppelt, sondern in die Schirmschicht eingekoppelt und nach UHV+ bzw. UHV- abgeleitet.
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Auf das Chassis werden hierdurch keine oder deutlich reduzierte HF-Ströme IHF geleitet.
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Die 1 ist eine schematische Darstellung eines typischen aus dem Stand der Technik bekannten Aufbaus. Nicht eingezeichnet sind in der 1 die aufwendigen Filtermaßnahmen mit Y-Kondensatoren und Common Mode Drosseln. Aus der 1 ist ersichtlich, dass der Heizleiter 2 mit seinen elektrischen Lasten R1, R2, Rn, über parasitäre Kapazitäten CL1, CL2, CLn direkt mit der Chassis 3 verbunden ist. Die parasitären Kapazitäten CL1, CL2, CLn treten beim Schalten der elektrischen Lasten R1, R2, Rn, auf. Dieses Schalten ist in der 1 durch den Schalter SLD symbolisch dargestellt. Üblicherweise sind die elektrischen Lasten R1, R2, Rn ohmsche Lasten. Bedingt durch die parasitären Kapazitäten CL1, CL2, CLn werden bei einem Schaltvorgang, also einer Betätigung des Schalters SLD , kapazitive Umladeströme IHF auf oder über das Chassis 3 geleitet. Diese Umladeströme IHF verursachen EMV-Störpegel und können zur Störung anderer elektrischer Komponenten in einem elektrischen Fahrzeugsystem führen.
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In der 2 ist der Heizleiter 2 mit seinen elektrischen Lasten R1, R2, Rn eingezeichnet. Hier ist dieser Heizleiter 2 jedoch nicht mit der Chassis 3 verbunden, sondern mit der erfindungsgemäßen Schutzschicht 1. Wiederum treten die parasitären Kapazitäten CL1, CL2, CLn beim Schalten der elektrischen Lasten R1, R2, Rn, auf. Dieses Schalten ist in der 2 durch den Schalter SLD symbolisch dargestellt. Die durch die parasitären Kapazitäten CL1, CL2, CLn bedingten kapazitiven Umladeströme IHF werden jedoch nicht direkt auf oder über das Chassis 3 geleitet, sondern in die Schirmschicht 1 eingekoppelt und nachfolgend durch das positives Potential UHV+ bzw. das negative Potential UHV- abgeleitet. Folglich werden auf das Chassis 3 keine oder nur deutlich reduzierte kapazitive Umladeströme IHF geleitet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schirmschicht
- 2
- Heizleiter
- 3
- Chassis
- R1, R2, Rn
- Elektrische Lasten
- UHV+
- positives Potential
- UHV-
- negatives Potential
- CL1, CL2, CLn
- Parasitäre Kapazitäten
- SLD
- Schalter
