DE102019125281A1

DE102019125281A1 - Flüssigkeitsheizer

Info

Publication number: DE102019125281A1
Application number: DE102019125281.4A
Authority: DE
Inventors: Nicolaus Wulff; Sven Schumm; Christian Pottiez; Timo Stifel
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-20
Also published as: CN112524807A; US20210148606A1; DE102019125281B4; US11493235B2

Abstract

Beschrieben wird ein Flüssigkeitsheizer mit einem Gehäuse (1), in dem ein Strömungskanal (15) von einem Einlass (2) zu einem Auslass (3) verläuft, einem innerhalb des Gehäuses (1) angeordneten Heizwiderstand zum Erwärmen von durch den Strömungskanal strömender Flüssigkeit, einer Steuerelektronik (6), die in einem gegenüber dem Strömungskanal (15) angedichteten Innenraum des Gehäuses (1) angeordnet ist, und einem an dem Gehäuse (1) angebrachten Steckverbinder (5). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Steckverbinder (5) einen von einer Membran (11) verschlossenen Entlüftungskanal (10) aufweist, der zu dem gegen Eindringen von Flüssigkeit abgedichteten Innenraum führt, in dem die Steuerelektronik (6) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem elektrischen Flüssigkeitsheizer mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Ein solcher Flüssigkeitsheizer ist beispielsweise aus EP 0 657 199 A2 bekannt.
Flüssigkeitsheizer werden in Kraftfahrzeugen zur Beheizung von verschiedenen Flüssigkeiten eingesetzt, insbesondere zur Beheizung von wässrigen Flüssigkeiten. Von Automobilherstellern werden dabei zunehmend immer engere Anforderungen an den Bauraum gestellt, was zu immer höheren Leistungsdichten führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Flüssigkeitsheizer für Kraftfahrzeuge zu schaffen, der kompakt ist und mit hohen elektrischen Leistungen betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Flüssigkeitsheizer mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitsheizer hat ein Gehäuse, in dem ein Strömungskanal von einem Einlass zu einem Auslass verläuft, einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Heizwiderstand zum Erwärmen von durch den Strömungskanal strömender Flüssigkeit, eine Steuerelektronik, die in einem gegenüber dem Strömungskanal angedichteten Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, und einen an dem Gehäuse angebrachten elektrischen Steckverbinder. Der erfindungsgemäße Flüssigkeitsheizer kann vorteilhaft als Durchlauferhitzer mit hohen elektrischen Leistungen betrieben werden, da der Steckverbinder einen von einer Membran verschlossenen Entlüftungskanal aufweist, der zu dem gegen Eindringen von Flüssigkeit abgedichteten Innenraum führt, in dem die Steuerelektronik angeordnet ist. Die luftdurchlässige Membran ermöglicht nämlich einen Druckausgleich zwischen dem abgedichteten Innenraum und der Umgebung des Flüssigkeitsheizers. Der Heizwiderstand kann deshalb auf höhere Temperaturen erhitzt werden, die zu einem erheblichen Temperaturanstieg in dem abgedichteten Innenraum führen, in dem die Steuerelektronik angeordnet ist. Die luftdurchlässige Membran verhindert dabei, dass sich in dem abgedichteten Innenraum ein problematischer Druck aufbaut, der die Abdichtung zu dem Strömungskanal erschweren könnte.
Ein erfindungsgemäßer Flüssigkeitsheizer kann einen Steckverbinder aufweisen, über den die Steuerelektronik an eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann, und einen weiteren Steckverbinder zum Anschließen des Heizwiderstands an eine Spannungsquelle, insbesondere eine Hochspannungsquelle. Es genügt, wenn einer dieser beiden Steckverbinder einen von einer Membran verschlossenen Entlüftungskanal aufweist. Möglich ist auch ein einziger Steckverbinder, über den sowohl die Steuerelektronik als auch der Heizwiderstand versorgt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Widerstand ebenfalls in dem gegenüber dem Strömungskanal abgedichteten Innenraum des Gehäuses angeordnet ist, etwa als Leiterbahn auf einem Substrat. Dabei kann das Substrat mit seiner von der Leiterbahn abgewandten Unterseite den Strömungskanal begrenzen, also der zu erwärmenden Flüssigkeit ausgesetzt sein. Der elektrische Heizwiderstand kann dabei zusammen mit der Steuerelektronik in einer Kammer angeordnet sein. Bevorzugt ist aber, dass der Heizwiderstand und die Steuerelektronik in verschiedenen Kammern angeordnet sind, die über einen Luftkanal verbunden sind. Auf diese Weise lässt sich die Steuerelektronik thermisch von dem Heizwiderstand entkoppeln.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Bauteile sind in den verschiedenen Zeichnungen mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitsheizers;
2 eine weitere Ansicht des Flüssigkeitsheizers;
3 eine Schnittansicht zu 1 entlang der Schnittlinie A-A;
4 eine Schnittansicht zu 2 entlang der Schnittlinie C-C;
5 den Steckverbinder des Wasserheizers;
6 eine Rückansicht des Steckverbinders; und
7 eine Schnittansicht zu 5 entlang der Schnittlinie B-B.

In den 1 bis 4 ist ein Flüssigkeitsheizer gezeigt, der als Durchlauferhitzer für wässrige Flüssigkeiten in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Der Flüssigkeitsheizer hat ein Gehäuse 1 aus Metall, beispielsweise Aluminium, in dem ein Strömungskanal 15 für zu erwärmende Flüssigkeit von einem Einlass 2 zu einem Auslass 3 verläuft.
3 zeigt eine Schnittansicht des Gehäuses 1 entlang der abgewinkelten Schnittlinie A-A von 1, 4 eine Schnittansicht des Gehäuses 1 entlang der abgewinkelten Schnittlinie C-C von 2. Das Gehäuse 1 weist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei durch Schrauben 18 mit einander verbundene Gehäuseteile 1a, 1b, die zwischen sich den Strömungskanal 15 einschließen, und eine Gehäuseabdeckung 1c auf.
In dem Gehäuse 1 sind ein oder mehrere elektrische Heizwiderstände angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind mehrere Heizwiderstände als Leiterbahnen auf einem Substrat, beispielsweise einem mit einer Isolatorschicht bedeckten Blech, vorgesehenen. Diese Leiterbahnen bilden zusammen mit dem Substrat Heizplatten 4. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel begrenzen die Heizplatten 4 in dem Gehäuse 1 einen Strömungskanal 15 für die zu erwärmende Flüssigkeit. Die Leiterbahnen und somit die elektrischen Heizwiderstände sind dabei auf einer von dem Strömungskanal 15 abgewandten Seite des Substrats angeordnet, befinden sich also auf einer trocken Seite der Heizplatten 4 und somit in einer gegenüber dem Strömungskanal 15 abgedichteten Kammer 14 in dem Gehäuse 1.
Die Bestromung des bzw. der Heizwiderstände wird über eine ebenfalls in dem Gehäuse 1 angeordnete Steuerelektronik 6 gesteuert. Die Steuerelektronik 6 weist eine Leiterplatte mit Schaltungselementen, insbesondere Transistorschaltern, auf, die in einem gegenüber dem Strömungskanal 15 abgedichteten Innenraum des Gehäuses 1 angeordnet ist. Die Kammer 14, in der die Heizwiderstände angeordnet sind, kann Teil dieses Innenraums sein, beispielsweise indem sie mit diesem durch einen Luftkanal 16 in Verbindung steht. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Steuerelektronik 6 und die Heizwiderstände in verschiedenen, durch einen Luftkanal 16 verbundenen Kammern 13, 14 angeordnet, so dass die Steuerelektronik 6 thermisch von den Heizwiderständen entkoppelt ist, aber ein Druckausgleich über den Luftkanal 16 möglich ist.
Das Gehäuse 1 trägt einen Steckverbinder 14, über den der bzw. die Heizwiderstände an eine Spannungsquelle, insbesondere eine Hochspannungsquelle, angeschlossen werden können. Zusätzlich trägt das Gehäuse einen Steckverbinder 5, über den die Steuerelektronik 6 an eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Der Steckverbinder 5 ist in den 4 bis 6 gezeigt. Dabei zeigt 5 einen Längsschnitt des Steckverbinders 5 und 6 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B von 4. Der Steckverbinder 5 hat Kontaktstifte 8, die an einem Ende als Einpresskontakte ausgebildet sind, die in die Leiterplatte der Steuerelektronik 6 eingepresst sind. Der Steckverbinder 5 kann mittels Schrauben 13 an dem Gehäuse 1 befestigt sein.
Eine Besonderheit des Steckverbinders 5 besteht darin, dass in einem Gehäuse 9 des Steckverbinders 5 ein Entlüftungskanal 10 verläuft, der von einer luftdurchlässigen Membran 11 verschlossen ist. Die Membran 11 verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit, ermöglicht aber über den Entlüftungskanal 10 einen Druckausgleich zwischen dem Innenraum, in dem die Steuerelektronik 6 angeordnet ist, und der Umgebung des Flüssigkeitsheizers. Wenn durch die Heizwiderstände oder Abwärme der Steuerelektronik 6 die Lufttemperatur in diesem Innenraum des Flüssigkeitsheizers ansteigt, kann Luft aus dem Innenraum ausströmen und so ein problematischer Druckanstieg in diesem Innenraum vermieden werden, der die Abdichtung zu dem Strömungskanal 15 belasten könnte.
Wie 6 zeigt ist die Membran 11 an der Innenseite des Steckverbinders 5 angeordnet und so vor Beschädigung geschützt. An seinem äußeren Ende ist der Entlüftungskanal von einer Abdeckung 12 bedeckt. Die Abdeckung 12 kann als ein separates Bauteil ausgebildet sein, das mit einem Abschnitt in den Entlüftungskanal 10 hineinragt, beispielsweis in den Entlüftungskanal 10 eingepresst ist.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
1a: Gehäuseteil
1b: Gehäuseteil
1c: Gehäuseabdeckung
2: Einlass
3: Auslass
4: Heizplatten
5: Steckverbinder
6: Steuerelektronik
8: Kontaktstifte
9: Steckverbindergehäuse
10: Entlüftungskanal
11: Membran
12: Abdeckung
13: Kammer
14: Kammer
15: Strömungskanal
16: Luftkanal
18: Schraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0657199 A2 [0001]

Claims

Flüssigkeitsheizer mit einem Gehäuse (1), in dem ein Strömungskanal (15) von einem Einlass (2) zu einem Auslass (3) verläuft, einem innerhalb des Gehäuses (1) angeordneten Heizwiderstand zum Erwärmen von durch den Strömungskanal strömender Flüssigkeit, einer Steuerelektronik (6), die in einem gegenüber dem Strömungskanal (15) angedichteten Innenraum des Gehäuses (1) angeordnet ist, und einem an dem Gehäuse (1) angebrachten elektrischen Steckverbinder (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (5) einen von einer Membran (11) verschlossenen Entlüftungskanal (10) aufweist, der zu dem gegen Eindringen von Flüssigkeit abgedichteten Innenraum führt, in dem die Steuerelektronik (6) angeordnet ist.
Flüssigkeitsheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (11) auf einer dem abgedichteten Innenraum zugewandten Innenseite des Steckverbinders (5) angeordnet ist.
Flüssigkeitsheizer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (10) an seinem äußeren Ende von einer Abdeckung (12) bedeckt ist.
Flüssigkeitsheizer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (12) radial verlaufende Zugänge zu dem Entlüftungskanal (10) freilässt.
Flüssigkeitsheizer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (12) ein Bauteil ist, das einen Abschnitt aufweist, der in den Entlüftungskanal (10) hineinragt.
Flüssigkeitsheizer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (6) auf einer Leiterplatte angeordnet ist, die Öffnungen aufweist, in die Einpresskontakte des Steckverbinders (5) eingreifen
Flüssigkeitsheizer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand zusammen mit der Steuerelektronik (6) in dem abgedichteten Innenraum angeordnet ist.
Flüssigkeitsheizer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der abgedichtete Innenraum zwei Kammern (13, 14) aufweist, die durch einen Luftkanal (16) miteinander verbunden sind, wobei in einer der beiden Kammern (13) die Steuerelektronik (6) und in der anderen Kammer (14) der Heizwiderstand angeordnet sind.
Flüssigkeitsheizer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand als Leiterbahn auf einem Substrat ausgebildet ist, das eine mit Dielektrikum beschichtete Platte aus Blech ist.
Flüssigkeitsheizer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Heizwiderstand abgewandte Unterseite des Substrats den Strömungskanal (15) begrenzt.