DE102019127324A1

DE102019127324A1 - Heizplatte und Durchlauferhitzer mit Heizplatte

Info

Publication number: DE102019127324A1
Application number: DE102019127324.2A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Etzkorn; Gerd BRÄUCHLE
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2021-04-15
Also published as: CN112648740A; US20210108830A1

Abstract

Beschrieben wird eine Heizplatte mit einem Substrat (1) aus Metall, einer Heizleiterbahn (5) und einer Isolationsschicht (2), die zwischen der Heizleiterbahn und dem Substrat angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Isolationsschicht (2) eine elektrisch leitfähige Abschirmschicht (3) trägt und dass die Abschirmschicht (3) von einer zweiten Isolationsschicht (4) bedeckt ist, auf der die Heizleiterbahn (5) liegt. Zudem wird ein Durchlauferhitzer mit einer solchen Heizplatte offenbart.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Heizplatte mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, wie sie beispielsweise aus EP 1 566 078 B1 bekannt ist. Derartige Heizplatten werden insbesondere in Durchlauferhitzern in Fahrzeugen verwendet, wie beispielsweise in DE 10 2017 121 341 A1 offenbart.
Heizplatten bzw. Heizplatten enthaltende Heizvorrichtungen werden in Fahrzeugen pulsweitenmoduliert zunehmend mit hohen Spannungen von derzeit bis zu 400 V und mehr betrieben. Es wird deshalb zunehmend schwieriger die in Fahrzeugen üblichen Anforderungen an elektromagnetische Verträglichkeit zu erfüllen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Weg aufzuzeigen, wie die elektromagnetische Verträglichkeit von Heizplatten bzw. Heizplatten enthaltenden Heizvorrichtungen wirtschaftlich besser erfüllt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Heizplatte mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen bzw. einen Durchlauferhitzer gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Heizplatte ist zwischen dem Substrat und der Heizleiterbahn eine elektrisch leitfähige Abschirmschicht angeordnet. Auf dem Substrat liegt somit eine erste Isolationsschicht, die von der Abschirmschicht bedeckt ist. Die Abschirmschicht trägt eine zweite Isolationsschicht, auf der die Heizleiterbahn angeordnet ist. Überraschender Weise lässt sich so die elektromagnetische Verträglichkeit der Heizplatte bzw. einer mit ihr ausgestatteten Heizvorrichtung wesentlich verbessern.
Bei einer herkömmlichen Heizplatte bildet die Heizleiterbahn eine Kapazität zu dem Substrat. Bei einem pulsweitenmodulierten Betrieb mit hoher Taktfrequenz und hoher Spannung tritt deshalb ein Störstrom auf, der von der Heizleiterbahn zu dem Substrat fließt und von dort unkontrolliert zu anderen Systemkomponenten, etwa einem Gehäuse, fließt.
Auf diesem Störstrom beruhende Probleme können mit einer erfindungsgemäßen Heizplatte weitestgehend eliminiert werden, indem die Abschirmschicht auf ein geeignetes Potential, z.B. Masse, gelegt wird, etwa durch eine elektrisch leitende Verbindung zu einem Masseanschluss einer Steuerung einer Heizvorrichtung, welche die Heizplatte enthält. Der Störstrom von den Heizleiterbahnen zu der Abschirmschicht kann somit über eine geeignete Kontaktierung der Abschirmschicht abgeführt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Substrat eine Metallplatte ist, beispielsweise aus Stahl. Das Substrat einer erfindungsgemäßen Heizplatte kann Blech sein und somit kostengünstig hergestellt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Heizplatte in einer Explosionsdarstellung; und
2 ein Ausführungsbeispiel eines Durchlauferhitzers in einer Schnittansicht.

Die in 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigte Heizplatte weist ein Substrat 1 aus Metall auf, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, das eine Isolationsschicht 2 trägt, beispielsweise eine Emaille- oder Keramikschicht. Die Isolationsschicht 2 ist von einer Abschirmschicht 3 bedeckt, beispielsweise einer Metallschicht, z. B. aus Aluminium. Als Alternative zu einer Metallschicht können auch Graphitschichten, die etwa als leitfähige Pasten aufgetragen werden können, verwendet werden. Auf der Abschirmschicht 3 liegt eine zweite Isolationsschicht 4, die ebenso wie die erste Isolationsschicht 2 ausgebildet sein kann und eine Heizleiterbahn 5 trägt. Die Heizleiterbahn 5 kann auf die zweite Isolationsschicht 4 aufgedruckt sein und wird an ihren beiden Enden 6 an eine Spannungsquelle angeschlossen. Die Abschirmschicht 3 kann beispielsweise aufgedruckt, z.B. durch Siebsdruck, oder aus der Gasphase auf die Isolationsschicht 2 abgeschieden sein.
Die Heizplatte kann eine oder mehrere Heizleiterbahnen 5 aufweisen. Alle Heizleiterbahnen 5 der Heizplatte sind auf der zweiten Isolationsschicht 4 angeordnet. Bei dem gezeigten Beispiel ist das Substrat eine Platte, beispielsweise aus Blech. Als Substrat kann aber beispielsweise auch ein Profil verwendet werden.
Die Isolationsschichten 2, 4 und die Abschirmschicht 3 können als geschlossene Schichten ausgebildet, welche die jeweils darunterliegende Oberfläche im Wesentlichen vollständig bedecken. Die Isolationsschichten 2, 4 und die Abschirmschicht 3 haben im Wesentlichen dieselbe Fläche, d.h. dieselbe Größe. Die Heizleiterbahn 5 bedeckt dagegen nur einen relativ kleinen Teil der Oberfläche der zweiten Isolationsschicht 4 und kann beispielsweise als mehrere in einem Abstand voneinander angeordnete Streifen ausgebildet sein.
Die in 1 gezeigte Heizplatte kann in einem Durchlauferhitzer verwendet werden, der in 2 in einer Schnittansicht dargestellt ist. Dieser Durchlauferhitzer hat ein Gehäuse, das aus mehreren Teilen 11, 12, 13 zusammengefügt sein kann, beispielsweise mittels Schrauben 21. Das Gehäuse mit eine Einlassöffnung14 und eine Auslassöffnung 15. In dem Gehäuse sind zwei Heizplatten 16 angeordnet, die jeweils mit ihren Heizleitbahnen tragenden Seiten einander zugewandt sind und an einem Abstandhalter 22 anliegen. Die Heizplatten 16 definieren in dem Gehäuse einen Strömungspfad 17 von dem Einlass 11 zu dem Auslass 12.
Der Durchlauferhitzer enthält eine Steuerelektronik 18, die z. B. auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet sein kann. Die Heizplatten 16 sind über die Steuerelektronik 18 an einen elektrischen Steckverbinder 19 angeschlossen und können so mit Spannung versorgt werden. Kontakte 20 der Steuerelektronik 18 führen zu den Enden 6 der Heizleiterbahnen 5 der Heizplatten. Zudem ist ein geeigneter Anschluss der Steuerelektronik 18, beispielsweise ein Masseanschluss, elektrisch leitend mit den Abschirmschichten 3 der Heizplatten 16 verbunden. Damit der Durchlauferhitzer sicher mit Hochspannung betrieben werden kann, ist sein Gehäuse elektrisch gegenüber dem Stromkreis, durch den der Heizstrom fließt, isoliert. Die Abschirmschicht 3 ist also galvanisch von dem Substrat 1 getrennt.
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: Isolationsschicht
3: Abschirmschicht
4: Isolationsschicht
5: Heizleiterbahn
6: Enden der Heizleiterbahn
11: Gehäuseteil
12: Gehäuseteil
13: Gehäuseteil
14: Einlassöffnung
15: Auslassöffnung
16: Heizplatte
17: Strömungspfad
18: Steuerelektronik
19: Steckverbinder
20: Kontakt
21: Schraube
22: Abstandhalter

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 1566078 B1 [0001]
DE 102017121341 A1 [0001]

Claims

Heizplatte mit einem Substrat (1) aus Metall, einer Heizleiterbahn (5) und einer Isolationsschicht (2), die zwischen der Heizleiterbahn und dem Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (2) eine elektrisch leitfähige Abschirmschicht (3) trägt und dass die Abschirmschicht (3) von einer zweiten Isolationsschicht (4) bedeckt ist, auf der die Heizleiterbahn (5) liegt.
Heizplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) eine Platte ist.
Heizplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) aus Stahl ist.
Heizplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmschicht (3) aus Metall ist.
Heizplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiterbahn (5) auf die zweite Isolationsschicht (4) aufgedruckt ist.
Heizplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Heizleiterbahnen der Heizplatte auf der zweiten Isolationsschicht (4) angebracht sind.
Heizplatte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmschicht (3) und die Isolationsschichten (2, 4) im Wesentlichen dieselbe Fläche haben.
Durchlauferhitzer mit einem Gehäuse, das eine Einlassöffnung (14) und eine Auslassöffnung (15) für zu erwärmende Flüssigkeit aufweist, und einer in dem Gehäuse angeordneten Heizplatte (16) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Durchlauferhitzer nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Steuerelektronik (18), die einen Masseanschluss aufweist, der elektrisch leitend an die Abschirmschicht (3) der Heizplatte (16) angeschlossen ist.
Durchlauferhitzer nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmschicht (3) galvanisch von dem Substrat (1) getrennt ist.