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Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug. Eine Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen ist aus
DE 10 2018 116 747 B4 bekannt.
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Heizvorrichtungen zum Erwärmen eines Luftstroms werden in Kraftfahrzeugen zur Beheizung der Fahrgastzelle verwendet. Derartige Heizvorrichtungen weisen in der Regel mehrere Heizstäbe auf, die PTC-Widerstände und Anschlussbleche enthalten. Üblicherweise sind diese Anschlussbleche wie bei der aus der
DE 103 33 451 B4 bekannten Heizvorrichtung als Kontaktzungen ausgebildet, die durch eine Steckverbindung elektrisch an die Steuerschaltung angeschlossen sind. Bei Hochvoltanwendungen ist für jeden Heizstab ein elektrisch isolierter Masseanschluss erforderlich, so dass jeder Heizstab zwei Anschlussbleche hat. Eine entsprechende Anzahl von weiblichen Steckverbindern zur Aufnahme der Kontaktzungen ist aufwändig und erfordert relativ viel Platz auf der Leiterplatte.
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Um den mit Steckverbindungen verbundenen Aufwand zu vermeiden und Platz auf der Leiterplatte einzusparen, sind bei der aus
DE 2018 116 747 B4 bekannten Heizvorrichtung die Heizstäbe über eine Serie von Blechstreifen und Kontaktstücken mittels Schweißverbindungen an einen auf die Leiterplatte gelöteten Schweißkontakt angeschlossen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie Heizstäbe einer Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug mit geringerem Aufwand und wenig Platzbedarf an eine Steuerschaltung angeschlossen werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung sind die Heizstäbe über Stromschienen an eine Leiterplatte, die eine Steuerschaltung trägt, angeschlossen. Indem jeweils mehrere Heizstäbe über eine Stromschiene an die Leiterplatte angeschlossen werden, lässt sich die Anzahl der Anschlüsse auf der Leiterplatte vorteilhaft reduzieren. Mit erfindungsgemäßen Stromschienen lässt sich zusätzlich auch die Verbindung zwischen Stromschienen und Leiterplatte vereinfachen. Die Stromschienen haben nämlich einen Körper aus Aluminium oder einer Aluminiumbasislegierung, der die Heizstäbe mittels einer Schweißverbindung kontaktiert, und ein Endstück aus Kupfer oder einer Kupferbasislegierung, das die Leiterplatte mittels einer Steckverbindung kontaktiert. Auf diese Weise lässt sich eine kostengünstige und effiziente Fertigung realisieren, die eine für hohe Spannung und große Ströme geeignete Kontaktierung der Heizstäbe ermöglicht.
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Stromschienen mit einem Körper aus Aluminium oder einer Aluminiumbasislegierung lassen sich kostengünstig herstellen und problemlos mit den Anschlussblechen von Heizstäben verschweißen, da die Anschlussbleche ebenfalls aus Aluminium oder einer Aluminiumbasislegierung sind. Für eine Steckverbindung mit einem geringen Übergangswiderstand sind Aluminium und Aluminiumbasislegierungen jedoch weniger geeignet. Die Stromschienen einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung sind deshalb mit einem Endstück aus Kupfer oder einer Kupferbasislegierung versehen, das den männlichen Teil einer Steckverbindung bildet, über die ein elektrischer Kontakt zur Leiterplatte hergestellt wird. Das Endstück ist bevorzugt beschichtet, beispielsweise mit Zinn, einer Legierung auf Zinnbasis, einem Edelmetall oder einer Edelmetallbasislegierung.
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Der Körper der Stromschienen und ihr Endstück können formschlüssig miteinander verbunden sein, insbesondere durch ein umformendes Fügeverfahren. Besonders gut geeignet sind Durchsetzfügeverfahren, beispielsweise Blindnieten, Stanznieten, Toxen oder Clinchen.
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Beim Toxen drückt ein flacher, runder Dorn übereinanderliegende Bleche in eine Matrize mit einer Vertiefung. Dabei werden die Bleche umgeformt und verhaken sich ineinander. Darüber hinaus gibt es auch Varianten des Toxens, bei denen die gegenüberliegende Seite flach bleibt oder bei der ein Niet mit eingeführt wird und so beide Seiten flach sind. Clinchen funktioniert im Prinzip genauso, nur dass die Matrize sich während des Umformvorgangs weitet, wobei ebenfalls eine Hochfeste und kompakte Verbindung zwischen unterschiedlichen Materialien entsteht. Auf diese Weise kann somit eine gasdichte Verbindung zwischen den beteiligten Materialen geschaffen werden und eventuell vorhandene Oxidschichten können beim Verbinden der beteiligten Materialen aufgebrochen werden, so dass eine gute elektrische Verbindung mit einem geringen elektrischen Widerstand geschaffen werden kann.
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Das Endstück der Stromschienen kann eine Kontaktzunge bilden, die mit einem an der Leiterplatte montierten Gegenstück zusammenwirkt und eine Steckverbindung bildet. Möglich ist auch, dass das Endstück der Stromschienen als ein Einpresskontakt ausgebildet ist, der in eine dazu passende Öffnung der Leiterplatte eingepresst ist. Der Kontaktstift kann dabei einen ausbauchenden Mittelteil haben, der gegen metallisierte Innenflächen einer Öffnung der Leiterplatte drückt. Dieser Kontaktstift kann massiv ausgebildet sein oder eine Öffnung aufweisen, so dass der ausbauchende Mittelteil des Kontaktstifts von zwei federnden Stegen gebildet ist, die zwischen sich die Öffnung umschließen. Indem der Mittelteil des Kontaktstifts mit einer solchen Öffnung versehen ist, lässt sich die zum Einpressen erforderliche Kraft vorteilhaft reduzieren.
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Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des Endstücks kann dieses vorteilhaft in eine Öffnung der Leiterplatte gesteckt sein. Der Kontakt zur Leiterplatte kann dabei sowohl über ein auf der von der Stromschiene abgewandten Seite der Leiterplatte montiertes Gegenstück eines Steckverbinders oder durch metallisierte Wände der Öffnung der Leiterplatte hergestellt werden.
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Kupferbasislegierungen sind Legierungen, die zu mehr als 50 Gew.-% aus Kupfer bestehen. Aluminiumbasislegierungen sind Legierungen, die zu mehr als 50 Gew.-% aus Aluminium bestehen. Geeignete Kupferbasislegierungen für das Endstück der Stromschiene sind beispielsweise CuSn6, CuNiSi und CuZn37. Geeignete Aluminiumbasislegierungen für den Körper der Stromschiene sind beispielsweise AI5754 H22, AIMg3, AI 6082 T6 und AISi1 MgMn.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Endstück der Stromschiene mit einer metallischen Beschichtung versehen ist. Auf diese Weise lässt sich der Übergangswiderstand der Steckverbindung noch weiter reduzieren, was insbesondere für Hochvoltanwendungen ein wesentlicher Vorteil ist. Die metallische Beschichtung kann beispielsweise aus Zinn oder einer Zinnbasislegierung bestehen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind darin mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms und einem Kraftfahrzeug,
- 2 eine Schnittansicht eines Details der Heizvorrichtung, das die elektrische Verbindung zwischen einem der Heizstäbe und einer Leiterplatte veranschaulicht;
- 3 die Heizvorrichtung bei geöffnetem Gehäuse und angehobener Leiterplatte; und
- 4 eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug.
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Die in
1 gezeigte Heizvorrichtung dient zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug und kann beispielsweise als Teil einer Klimaanlage zur Beheizung der Fahrgastzelle eingesetzt werden. Die Heizvorrichtung enthält mehrere Heizstäbe 1, beispielsweise drei bis acht Heizstäbe, die jeweils mit Wärmeabgabeelementen 2 verbunden sind, beispielsweise auf die Heizstäbe aufgeschobenen Blechlamellen. Die Wärmeabgabeelemente 2 können aber auch integral mit den Heizstäben 1 ausgebildet werden, wie dies beispielsweise aus
DE 10 2006 018 784 B4 bekannt ist.
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Die Heizstäbe 1 ragen mit ihren anschlussseitigen Enden in ein Gehäuse 3 hinein, in dem sie an eine Steuerschaltung zur Steuerung der Heiztätigkeit angeschlossen sind. 2 zeigt schematisch in einer Schnittansicht ein Detail der Heizvorrichtung, in dem die Verbindung eines Heizstabs 1 zu einer Leiterplatte 4 dargestellt ist, welche die Steuerschaltung trägt.
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Der Heizstab 1 enthält nicht dargestellte Heizwiderstände aus einer PTC Keramik, die von Kontaktblechen 5 elektrisch kontaktiert werden. In 2 ist nur eines dieser Kontaktbleche 5 dargestellt. Die Kontaktbleche 5 sind über Stromschienen an die Leiterplatte 4 angeschlossen. In 2 ist nur eine dieser Stromschienen dargestellt. Die Stromschiene hat einen Körper 6a aus einer Aluminiumbasislegierung, der an einer Kontaktstelle 7 mit dem Kontaktblech 5 aus einer Aluminiumbasislegierung verschweißt ist, und ein Endstück 6b aus Kupfer oder einer Kupferbasislegierung, das in eine Öffnung der Leiterplatte 4 gesteckt ist und einen elektrischen Kontakt zu der Steuerschaltung auf der Leiterplatte bewirkt.
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Der Körper 6a und das Endstück 6b der Stromschiene sind an der Stelle 8 formschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise durch Toxen, Clinchen oder ein anderes umformendes Fügeverfahren.
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Das Endstück 6b der Stromschiene ragt in dem gezeigten Beispiel durch die Leiterplatte 4 hindurch und ist in einen weiblichen Steckverbinder 9 gesteckt. Das Endstück 6b bildet somit einen Kontaktstift, der bei diesem Beispiel als eine Kontaktzunge ausgebildet ist.
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Das Endstück 6b ist mit einer metallischen Beschichtung versehen, beispielsweise verzinnt. Auf diese Weise kann eine Korrosion des Endstücks verhindert und dauerhaft ein vorteilhaft geringer Übergangswiderstand zur Leiterplatte 4 erreicht werden.
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3 zeigt die Heizvorrichtung bei abgenommenem Gehäuse und angehobener Leiterplatte 4, so dass die Kontaktbleche 5 der einzelnen Heizstäbe und die Stromschienen 6 zu sehen sind. Wie man sieht, hat jeder Heizstab zwei Kontaktbleche 5, die jeweils mit dem Körper 6a von verschiedenen Stromschienen 6 verschweißt sind. Das Kontaktblech für Masse ist mit dem Körper einer Stromschiene für Masse und das Kontaktblech für Potential mit dem Körper einer Stromschiene für Potential verschweißt.
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4 zeigt eine Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug bei abgenommenem Gehäuse und abgenommener Leiterplatte. Zu sehen sind in 4 die Kontaktbleche 5 von mehreren Heizstäben und die sie kontaktierenden Stromschienen 6. Der Unterschied zu dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel beschränkt sich auf die Ausgestaltung der Endstücke 6b der Stromschienen 6.
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Die Endstücke 6b bilden bei dem Ausführungsbeispiel von 4 einen Kontaktstift in Form eines Einpresskontakts. Der Einpresskontakt bildet einen elektrischen Kontakt mit metallisierten Wänden einer passenden Öffnung der Leiterplatte. Der Einpresskontakt hat einen ausbauchenden Mittelteil, mit dem metallisierte Wände einer Öffnung der Leiterplatte kontaktiert werden. Der Einpresskontakt kann dabei massiv ausgebildet sein oder eine Öffnung aufweisen, die von federnden Bügeln umschlossen ist.
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Das Endstück 6b ist auch dem Ausführungsbeispiel von 4 formschlüssig mit dem Körper 6a der Stromschiene 6 verbunden. Der Körper 6a der Stromschiene 6 bildet dabei zwei Arme, welche das Endstück 6a an seinen Schmalseiten fassen in eine seitliche Aussparung des Endstücks 6a eingreifen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Heizstab
- 2
- Wärmeabgabeelement
- 3
- Gehäuse
- 4
- Leiterplatte
- 5
- Kontaktblech
- 6
- Stromschiene
- 6a
- Körper
- 6b
- Endstück
- 7
- Kontaktstelle
- 8
- Kontaktstelle
- 9
- Steckverbinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018116747 B4 [0001]
- DE 10333451 B4 [0002]
- DE 2018116747 B4 [0003]
- DE 102006018784 B4 [0015]
