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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, insbesondere für eine elektrische Heizvorrichtung mit einem PTC-Element als Zusatzheizer in einem Kraftfahrzeug.
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Steuervorrichtungen insbesondere für elektrische Heizvorrichtungen mit einem keramischen PTC-Element zur Beheizung von Kraftfahrzeugen sind im Stand der Technik hinreichend beschrieben, so beispielsweise in
EP 1 872 986 A1 oder
EP 2 337 425 A1 . Eine Steuervorrichtung in einer solchen elektrischen Heizvorrichtung hat üblicherweise ein Steuergehäuse, welches die Steuerkomponenten umgibt und mit Steckanschlüssen zur Verbindung von Steuersignalen und/ oder den zu steuernden Leistungsstrom versehen ist. Die zuvor beschriebenen Beispiele wie auch die elektrische Heizvorrichtung aus
EP 3 334 242 A1 verwirklichen ein Konzept, bei dem die Steuervorrichtung integral mit dem Leistungsteil vorgesehen ist. Die Steuervorrichtung hat zumindest einen Leistungsschalter, der beim Betrieb Verlustleistung abgibt. Diese wird üblicherweise dem zu erwärmenden Medium zugeführt. Dementsprechend ist der Leistungsschalter nicht nur mit einem Kühlkörper versehen, der die Verlustleistung abführt und dementsprechend einer Überhitzung des Leistungsschalters entgegenwirkt. Der Kühlkörper ist vielmehr thermisch mit dem zu erwärmenden Fluid gekoppelt. Der Kühlkörper kann dazu in einer Heizkammer vorgesehen sein, die von dem Aufnahmeraum des Steuergehäuses durch eine Trennwand getrennt ist, in welcher der an dem Leistungsschalter anliegende Teil des Kühlkörpers aufgenommen ist. Üblicherweise wird dabei zwischen der Aufnahmekammer des Steuergehäuses und der Heizkammer eine Trennwand vorgesehen, die sowohl die Heizkammer wie auch die Aufnahmekammer des Steuergehäuses begrenzt. Dieses Steuergehäuse kann dabei auch Kontaktzonen von PTC-Heizeinrichtungen in sich aufnehmen, die üblicherweise in die Heizkammer hineinragen und zumindest ein PTC-Element umfassen. So wird das Innere des Steuergehäuses im Stand der Technik auch als Anschlusskammer bezeichnet, da die Kontaktzonen in dieser Kammer elektrisch angeschlossen sind.
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Die zuvor erwähnten Merkmale gelten auch für die Verwirklichung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung in einer elektrischen Heizvorrichtung mit einem keramischen PTC-Element als Zuheizer.
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EP 2 330 865 A1 bzw.
EP 1 630 013 A1 offenbaren jeweils Beispiele für Steuervorrichtungen einer elektrischen Heizvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Bei diesen vorbekannten Heizvorrichtungen sind Leistungsschalter elektrisch mit der Leiterplatte kontaktiert und auch wärmeleitend mit einem Kühlkörper verbunden. Die entsprechende Anordnung erfolgt im Rahmen der Montage der Leiterplatte, soweit diese bereits mit den Leistungsschaltern bestückt ist. Ungeachtet der tatsächlichen Verfahrensführung im Rahmen der Montage muss darauf geachtet werden, dass einerseits die Leistungsschalter mit ihren Kontaktstiften in den entsprechenden Steckplätzen der Leiterplatte aufgenommen sind, was eine exakte Positionierung des Leistungsschalters relativ zu der Leiterplatte erforderlich macht, und andererseits die Leistungsschalter relativ zu der Kühlfläche positioniert werden. Dabei erfolgt üblicherweise die Anlage der Leistungsschalter unter Vorspannung, sodass eine gute thermische Kopplung gegeben ist. Regelmäßig befindet sich zwischen der Kühlfläche und dem Leistungsschalter eine elektrische Isolierung, die verhindert, dass der Leistungsschalter unmittelbar elektrisch mit der Kühlfläche kontaktiert ist. Eine solche Gestaltung ist insbesondere bei elektrischen Einrichtungen wie beispielsweise Heizvorrichtungen in einem Kraftfahrzeug notwendig, wenn diese mit einem Hochvolt-Leistungsstrom betrieben werden. Dies ist insbesondere bei elektrischen Heizvorrichtungen für die Elektromobilität der Fall, die mit einer Spannung von 48 Volt oder mehr betrieben werden. Hier ist in besonderer Weise auf die elektrische Sicherheit zu achten.
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Die vorliegende Erfindung will eine Steuervorrichtung angeben, die sich leicht und kostengünstig herstellen lässt.
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Zur Lösung des obigen Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung mit dem Merkmal von Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Die Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung hat ein Steuergehäuse. Dieses Steuergehäuse kann in baulicher Einheit mit dem Gehäuse eines Leistungsteils vorgesehen sein, in dem der durch die Steuervorrichtung gesteuerte Leistungsstrom zum Betrieb elektrischer Komponenten benutzt wird. Das Steuergehäuse kann auch gesondert verwirklicht sein. Das Steuergehäuse hat üblicherweise einen Kühlkörper zur wärmeleitenden Anlage des Leistungstransistors. Dieser Kühlkörper kann durch oder in einer Trennwand gebildet sein, die üblicherweise eine in dem Steuergehäuse ausgebildete Anschlusskammer umgibt. Als Anschlusskammer wird bevorzugt eine Kammer innerhalb des Steuergehäuses angesehen, in welcher auch die PTC-Heizeinrichtungen der elektrischen Heizvorrichtung angeschlossen sind. Das Verständnis des Merkmals Anschlusskammer ist hierauf allerdings nicht beschränkt. Denn ein elektrischer Anschluss erfolgt beispielsweise auch für die elektrischen bzw. elektronischen Komponenten, insbesondere den Leistungsschalter, der an die Leiterplatte angeschlossen ist.
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Zur wärmeleitenden Kontaktierung des Leistungsschalters kann die Leiterplatte eine Ausnehmung aufweisen, durch die der Leistungsschalter die Kühlfläche kontaktiert. Der Leistungsschalter kann aber auch so mit der Leiterplatte kontaktiert sein, dass der Körper des Leistungsschalters neben der Leiterplatte vorgesehen ist und dort an einem Kühlkörper anliegt.
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Ein Leistungsschalter nach der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise durch einen MOSFET oder ein IGBT gebildet sein. Die Anlage gegen die Kühlfläche kann dabei unter Zwischenlage einer elektrisch isolierenden Folie, beispielsweise einer Polyimid-Folie erfolgen, um die Kühlfläche elektrisch von dem Leistungsschalter zu entkoppeln, gleichwohl aber eine gute Wärmeleitung von dem Leistungsschalter auf die Kühlfläche zu ermöglichen.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ein Ausrichtelement vor. Dieses Ausrichtelement ist an der Leiterplatte befestigt. Eine Befestigung in diesem Sinne ist bereits dadurch gegeben, dass das Ausrichtelement in einer Richtung quer zur Erstreckung der Leiterplatte festgelegt ist. Eine solche Befestigung kann beispielsweise durch eine Bohrung innerhalb der Leiterplatte erfolgen und/oder eine formschlüssige Umfassung sein, beispielsweise in Form einer Clipsverbindung, bei welcher das Ausrichtelement die Leiterplatte randseitig oder innerhalb einer in der Leiterplatte vorgesehenen Ausnehmung hintergreift.
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Durch eine derartige Befestigung des Ausrichtelementes relativ zu der Leiterplatte ermöglicht das Ausrichtelement eine präzise Einbringung des Kontaktstiftes im Rahmen der Montage. Das Ausrichtelement nach der vorliegenden Erfindung hat nämlich einen Durchlass für den Kontaktstift mit einer sich von der Einführseite, d. h. der der Leiterplatte gegenüberliegenden Seite des Ausrichtelementes trichterförmigen Ausgestaltung. Das Ausrichtelement hat dazu eine gegenüber dem Durchlass verbreiterte Öffnung. Diese Öffnung verjüngt sich in Richtung auf den Durchlass über eine Rampenfläche. Dabei sollte sich die Rampenfläche nach Art eines Trichters von allen Rändern der Öffnung hin zentrisch zu dem Durchlass verjüngen. Die Öffnung sollte so bemessen sein, dass bei den denkbaren Toleranzabweichungen zwischen dem Steckplatz und der Position des in die Leiterplatte einzuführenden kontaktseitigen Abschnitts des Kontaktstifts dieser immer zumindest in die Öffnung eingeführt wird. Bei fortschreitender Annäherung des Leistungstransistors an die Leiterplatte gleitet das freie Ende des Kontaktstifts an der Rampenfläche ab und wird dabei in Richtung auf den Durchlass und damit den Steckplatz gedrängt. Der Steckplatz und der Durchlass sind so aufeinander abgestimmt, dass der Kontaktstift mit seinem vorderen Ende exakt auf den Steckplatz ausgerichtet das Ausrichtelement durchsetzen muss. Mit anderen Worten bewirkt das erfindungsgemäße Ausrichtelement eine Ausrichtung des freien Endes des Kontaktstiftes rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung der Leiterplatte.
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Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, dass bei der Herstellung der Steuervorrichtung im Rahmen des Kontaktierens des Leistungsschalters dessen Kontaktstift nur grob relativ zu dem Steckplatz ausgerichtet sein muss. Etwaige Lageabweichungen werden durch die Rampenfläche kompensiert. Aufgrund ihrer Biegbarkeit können die einzelnen Kontaktstifte dabei der geführten Ausrichtung durch das Ausrichtelement folgen, ohne dass eine Lageveränderung des Leistungstransistors notwendig ist. Am Ende der Einbringbewegung befindet sich der Kontaktstift jedenfalls mit seinem kontaktseitigen Abschnitt bzw. Ende innerhalb des Steckplatzes. Dort kann der Kontaktstift gebondet werden, beispielsweise durch Löten. Besonders bevorzugt wird der Kontaktstift allerdings über ein Anschlusselement mit zumindest einer Leiterbahn der Leiterplatte kontaktiert, welches federvorgespannte weibliche Kontaktsegmente umfasst, die beim Einführen des Kontaktstiftes in den Steckplatz nach Art eines weiblichen Steckkontaktes zwangsläufig mit dem Kontaktstift elektrisch kontaktieren. Ein solches elektrisches Anschlusselement ist beispielsweise in
EP 2 236 330 A1 der vorliegenden Anmelderin beschrieben. So erfolgt bei der bevorzugten Verfahrensführung eine unmittelbare Steckkontaktierung beim Einbringen des Kontaktstiftes durch das Ausrichtelement in den Steckplatz. Das entsprechende Anschlussstück ist bevorzugt wie in dem zuvor erwähnten Stand der Technik beschrieben an der Leiterplatte befestigt und jedenfalls mit seinen elastischen Kontaktzungen innerhalb einer Bohrung der Leiterplatte aufgenommen. Ein zusätzlicher Schutz der Leiterplatte kann dadurch geschaffen werden, dass das Ausrichtelement gegenüber der Leiterplatte unter Zwischenlage dieses Anschlusselementes abgestützt ist. Das Anschlusselement liegt üblicherweise flächig auf Leiterplatte an. Auch das Ausrichtelement liegt bevorzugt mit ausgewählten eher geringflächigen Bereichen an der Leiterplatte an. So kann die lokale Abstützkraft des Ausrichtelementes, die insbesondere beim Einbringen des Kontaktstiftes zu einer erhöhten mechanischen Beanspruchung der Leiterplatte führen kann, über das Anschlussstück flächig auf die Leiterplatte verteilt werden.
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Das Ausrichtelement hat bevorzugt mehrere Durchlässe, wobei die Anzahl der Durchlässe üblicherweise der Anzahl der Kontaktstifte eines einzigen Leistungsschalters entspricht. Denn die einzelnen Kontaktstifte eines Leistungsschalters sind durch die Gestaltung des Leistungsschalters relativ zueinander positioniert und beabstandet. Dieser vorbestimmten Zuordnung der Kontaktstifte entspricht die Anordnung der Durchlässe und der entsprechenden Rampenflächen zu diesen an dem Ausrichtelement.
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Üblicherweise ist eine Steuervorrichtung mit mehreren Leistungsschaltern versehen. Für diesen Fall wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass zu jedem der Leistungsschalter je ein Ausrichtelement der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist.
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Das Ausrichtelement ist üblicherweise ein mittels Spritzgießen aus Kunststoff hergestelltes Bauteil. Dieses kann eine Vielzahl von Anlageflächen ausbilden, die sich an dem zuvor erwähnten Anschlussstück und/oder an der Oberseite der Leiterplatte abstützen. Das Ausrichtelement kann sich auch allein über diese Anlageflächen an der Leiterplatte abstützen und das entsprechende Anschlussstück berührungsfrei überragen. Im Hinblick auf eine solide Abstützung etwaiger Reaktionskräfte beim Einbringen des Kontaktstiftes in das Ausrichtelement ist es zu bevorzugen, das Ausrichtelement auf der dem Leistungsschalter gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte gegenüber dem Anschlussgehäuse abzustützen. Dadurch wird die mechanische Beanspruchung der Leiterplatte beim Einbringen des Kontaktstiftes deutlich verringert. Das Ausrichtelement kann mehrere entsprechende Abstützungen gegenüber dem Steuergehäuse aufweisen. Diese Abstützungen können durch Stifte gebildet sein, die Bohrungen der Leiterplatte durchsetzen und/oder durch weitere Elemente, die die Leiterplatte randseitig hinter- bzw. übergreifen und sich gegenüber dem Steuergehäuse abstützen.
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In an sich bekannter Weise hat die Steuervorrichtung vorzugsweise eine mit einem Kühlkörper versehene Trennwand. Der Leistungsschalter liegt wärmeleitend gegen eine durch den Kühlkörper gebildete Kühlfläche an. In dem Steuergehäuse ist ein Niederhalter vorgesehen, der auf der der Kühlfläche gegenüberliegenden Seite des Leistungsschalters vorgesehen ist und von dort gegen den Leistungsschalter wirkt, üblicherweise unter Zwischenlage eines elastischen Elementes, wie beispielsweise einer Federeinrichtung. Durch den Niederhalter wird jedenfalls der Leistungsschalter zuverlässig gegen die Kühlfläche angelegt. Die Weiterbildung schlägt nun vor, den Leistungsschalter und den Niederhalter in einer vormontierten Baugruppe vorzusehen. Diese Baugruppe kann mehrere Leistungsschalter in sich aufnehmen. Die Baugruppe wird einheitlich im Rahmen der Montage gehandhabt. Insbesondere bei einer solchen Gestaltung kann es zu gewissen Fehlausrichtungen zumindest einzelner Kontaktstifte des oder der Leistungsschalter kommen, sodass diese Kontaktstifte nicht exakt mit dem entsprechenden Steckplatz innerhalb der Leiterplatte fluchten. So erweist sich die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft bei dem Einbringen der Leistungsschalter als Teil einer vormontierten Baugruppe.
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Gemäß deren nebengeordneten Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 11 vor. Diese elektrische Heizvorrichtung hat in der bereits aus
EP 2 466 989 A1 bekannten Weise eine Trennwand zwischen Steuergehäuse und einem Heizergehäuse. Diese Trennwand bildet üblicherweise sowohl einen Abschluss einer durch das Heizergehäuse gebildeten Heizkammer wie auch einen Abschluss des Steuergehäuses. Von der Trennwand ragt zumindest eine PTC-Heizeinrichtung als Heizrippe in das Heizergehäuse hinein. Die PTC-Heizeinrichtung kann steckkontaktiert in der Trennwand aufgenommen oder in anderer Weise relativ dazu positioniert abgedichtet und/oder festgelegt sein. Die PTC-Heizeinrichtung hat zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung desselben mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen. Die Leiterbahnen sind in dem Steuergehäuse elektrisch angeschlossen. Sie ragen dazu in das Steuergehäuse hinein und können mit der Leiterplatte, die auch den Leistungsschalter trägt, oder einen anderen Leiterplatte, die zur Gruppierung von Heizkreisen umfassend mehrere PTC-Heizeinrichtungen vorgesehen ist, steckkontaktiert sein. In der Heizkammer liegt eine Wärmesenke frei, die wärmeleitend mit einer in der Anschlusskammer vorgesehenen Kühlfläche verbunden ist. Gegen diese Kühlfläche liegt der Leistungsschalter an, sodass die von dem Leistungsschalter abgegebene Verlustleistung auch zum Erwärmen des in der Heizvorrichtung zu erwärmenden Fluids genutzt werden kann. Dieses Fluid kann ein flüssiges Fluid oder ein gasförmiges Fluid insbesondere Luft sein. Die Steuervorrichtung hat zumindest ein Ausrichtelement der zuvor erwähnten Art. In dem Steuergehäuse ist bevorzugt der zuvor erwähnte Niederhalter vorgesehen, der den oder die mehreren Leistungsschalter zu einer Baugruppe fügt. Der Niederhalter kann mit einem Positionierrahmen verbunden, insbesondere verclipst sein, der zu jedem Leistungsschalter eine Aufnahme ausbildet.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigt:
- 1 eine perspektivische Explosionszeichnung eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung;
- 2 eine Längsschnittansicht einer PTC-Heizeinrichtung der Heizvorrichtung nach 1;
- 3 eine perspektivische Seitenansicht einer Baugruppe über der Leiterplatte und dem Kühlkörper;
- 4 eine Längsschnittansicht einer Baugruppe nach der Montage;
- 5 eine Querschnittansicht der Baugruppe nach 3;
- 6 eine perspektivische Seitenansicht eines Ausrichtelements vor der Montage;
- 7 eine perspektivische Seitenansicht eines Ausrichtelements nach der Montage;
- 8 ein vergrößertes Detail von 5;
- 9 eine Draufsicht zu der Darstellung nach 8.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 2 mit einem mehrteiligen Heizergehäuse 3, das ein aus Kunststoff gebildetes Gehäuseunterteil 4 und ein mittels Druckguss einteilig aus Metall ausgebildetes Gehäuseoberteil 6 umfasst.
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Das Gehäuseunterteil 4 ist wannenförmig ausgebildet, umschließt eine Heizkammer 8 und bildet Öffnungen zu Ein- und Auslassstutzen 10 aus, die mit der Heizkammer 8 kommunizieren. Diese Ein- und Auslassstutzen 10 sind einteilig mit dem Gehäuseunterteil 4 mittels Spritzgießen ausgeformt. Zwischen dem Gehäuseoberteil 6 und dem Gehäuseunterteil 4 sind mehrere PTC-Heizeinrichtungen 12 dargestellt.
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Wie 2 verdeutlicht haben diese PTC-Heizeinrichtungen 12 jeweils zumindest ein PTC-Element 14, an dem Kontaktbleche 16 anliegen, die Kontaktzungen 18 ausbilden, welche ein metallisches Gehäuse 20 überragen. Das PTC-Element 14 ist in einem Rahmen 22 und zwischen den Kontaktblechen 16 aufgenommen. Zwischen dem metallischen Gehäuse 20 und den Kontaktblechen 16 ist jeweils eine Isolierlage 24 vorgesehen.
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Die PTC-Heizeinrichtungen 12 sind steckkontaktiert in dazu vorgesehenen Aufnahmen 26 einer Trennwand 28 des Gehäuseoberteils 6 gehalten. Details dieser Ausgestaltung sind in der auf die Anmelderin zurückgehenden
EP 3 334 242 A1 beschrieben.
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Auf der den PTC-Heizeinrichtungen 12 gegenüberliegenden Seite der Trennwand 28 ist eine Anschlusskammer 30 ausgebildet, die von einem Steuergehäuse 32 umgeben wird, dass einen Steuergehäusedeckel 34 aufweist, der abgedichtet über eine Dichtung 36 mit dem Gehäuseoberteil 6 verbunden ist. In der Anschlusskammer 30 befindet sich eine erste Leiterplatte 38, die die Kontaktzungen 18 in sich aufnimmt und die einzelnen PTC-Heizeinrichtungen 12 zu Heizkreisen gruppiert.
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In dem Steuergehäuse 32 ist eine mit Bezugszeichen 40 gekennzeichnete zweite Leiterplatte vorgesehen, die mit im Detail nicht dargestellten elektronischen Bauteilen bestückt ist. Bezugszeichen 42 kennzeichnet eine in den weiteren 3 ff im Einzelnen näher dargestellte Baugruppe, die Teil der in 1 mit Bezugszeichen 44 gekennzeichneten Steuervorrichtung ist.
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Die 3 zeigt neben der Baugruppe 42 schematisch die Trennwand 28, von der ein Kühlkörper 46 in Richtung auf die Anschlusskammer 30 vorspringt. Dieser Kühlkörper 46 bildet eine ebene Kühlfläche 48 aus. Die Kühlkörper 46 sind in die Heizkammer 8 verlängert und bilden dort Wärmesenken 49 aus. In Verlängerung zu der Kühlfläche 48 und benachbart dazu werden ebenfalls durch das Gehäuseoberteil 6 kühlkörperseitige Formschlusssegmente 50 ausgebildet, die als leicht konische Vorsprünge ebenfalls von der vorliegend schematisch plan dargestellten Trennwand 28 abragen.
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Die Baugruppe 42 umfasst einen Niederhalter 52, der als längliches Kunststoffbauteil ausgebildet ist und an seinen jeweiligen Enden Formschlussgegensegmente 54 ausbildet, die formschlüssig mit den Formschlusssegmenten 50 zusammenwirken können, um den Niederhalter 52 relativ zu dem Gehäuseoberteil 6 und damit dem Steuergehäuse 32 zu positionieren.
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Mit Bezugszeichen 56 ist ein Positionierrahmen gekennzeichnet, der mehrere Aufnahmen 58 für Leistungsschalter 60 ausformt. Jeder Leistungsschalter 60 hat drei mit Bezugszeichen 62 gekennzeichnete Kontaktstifte, die in etwa mittig um 90 Grad umbogen sind und einen kontaktseitigen Abschnitt 64 aufweisen, der sich im Wesentlichen rechtwinklig zu der Haupterstreckung der Leiterplatte 40 erstreckt.
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Wie 4 vermittelt, hat der Niederhalter 52 seitliche Rastklinken 66, die den Positionierrahmen 56 unterseitig umgreifen. Als unterseitig wird die der Leiterplatte 40 zugewandte Seite der Baugruppe 42 bezeichnet. Der Positionierrahmen 56 hat korrespondierend zu diesen Rastklinken 66 an seiner Oberseite Rampenflächen 68, an denen im Rahmen der Montage die Rastklinken 66 abgleiten, wenn der Niederhalter 52 mit dem Positionierrahmen 56 verclipst wird.
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Wie die 4 und 5 erkennen lassen, sind die Aufnahmen 58 an die Abmessungen der Leistungsschalter 60 im Wesentlichen angepasst. Unterseitig bildet der Positionierrahmen 56 eine Öffnung 70 aus, in der die Leistungsschalter 60 jeweils freiliegen. Die Öffnung 70 wird begrenzt von einem in Richtung auf die Öffnung 70 vorspringenden Steg 72, der eine Auflage 74 für den Leistungsschalter 60 ausbildet. Die 4 und 5 lassen ferner eine Federeinrichtung in Form einer als Hohlkörper ausgebildeten Silikonfeder 76 erkennen. Die Silikonfeder 76 ist vorliegend als kurzes Schlauchstück ausgebildet und auf einen durch den Niederhalter 52 gebildeten Zapfen 78 aufgesteckt, wodurch sich zwischen der Silikonfeder 76 und dem Niederhalter 52 eine Formschlussverbindung ergibt, durch welche die Silikonfeder 76 rechtwinklig zu ihrer Federkraft relativ zu dem Niederhalter 52 fixiert ist.
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Im Rahmen der Montage werden zunächst die einzelnen Komponenten bereitgestellt. Sodann kann die Silikonfeder 76 auf die jeweiligen Zapfen 78 aufgesteckt werden, um den Niederhalter 52 mit den Federeinrichtungen zu versehen. Parallel werden die einzelnen Leistungsschalter 60 in die ihnen zugeordneten Aufnahmen 58 eingebracht. Dafür hat der Positionierrahmen 56 ein mit Bezugszeichen 80 in 5 gekennzeichnetes Fenster, welches das Absenken des Leistungsschalters 60 in die Aufnahme 58 ohne Beeinträchtigung der Ausrichtung der Kontaktstifte 62 erlaubt. Nach dem Montieren der jeweiligen Leistungsschalter 60 liegen diese auf der Auflage 74 auf. Sodann wird der Niederhalter 52 dem Positionierrahmen 56 angenähert. Dabei gleiten die Rastklinken 66 an den Rampenflächen 68 vorbei. Die Rastklinken 66 werden gespreizt und federn auf der Unterseite des Positionierrahmens 56 zurück, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Niederhalter 52 und dem Positionierrahmen 56 gebildet ist. Im Rahmen dieser Fügebewegung werden die Silikonfedern 76 zwischen dem Niederhalter 52 und den Leistungsschaltern 60 aufgenommen, gegebenenfalls geringfügig vorgespannt. Die so hergestellte Baugruppe 42 wird dann in dem Steuergehäuse 32 montiert. Dazu wird die Baugruppe 42 dem Gehäuseoberteil 6 angenähert. Der Kühlkörper 46 durchsetzt dabei die Öffnung 70 und legt sich gegen die Leistungsschalter 60 wärmeleitend an. Zwischen der Kühlfläche 48 und den Leistungsschaltern 60 ist üblicherweise zuvor eine isolierende Lage, beispielweise in Form einer Polyimid-Folie oder einer Keramiklage eingebracht worden, um einen unmittelbaren elektrischen Kontakt zwischen dem Leistungsschalter 60 und dem Kühlkörper 46 zu vermeiden. Die Fügebewegung mag durch das Zusammenwirken der Formschlusssegmente 50 mit den Formschlussgegensegmenten 54 geführt werden. Hierdurch kann sich eine Vorpositionierung der Baugruppe 42 relativ zu dem Kühlkörper 46 ergeben.
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Sodann werden mit Bezugszeichen 82 gekennzeichnete Schrauben in das Gehäuseoberteil 6 eingeschraubt. Diese bewirken eine Festlegung des Niederhalters 52 auf dem Gehäuseoberteil 6 und damit eine Kompression der Silikonfedern 76 und dementsprechend eine Anlage der Leistungsschalter 60 unter Vorspannung. Ersichtlich ist die Öffnung entsprechend dimensioniert, so dass der Kühlkörper 46 problemlos in den Positionierrahmen 56 eintauchen kann. Die einzelnen Aufnahmen 58 in Längsrichtung des Niederhalters 52 begrenzende Querholme 84 des Positionierrahmens 56, die die jeweiligen Aufnahmen 58 voneinander trennen, lassen eine entsprechende Bewegung zu. Diese Querholme 84 sind gegenüber in 5 eingezeichneten Längsholme 86 höhenmäßig zurückgenommen.
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Die
6 bis 9 verdeutlichen ein in
5 mit Bezugszeichen 90 gekennzeichnetes Ausrichtelement aus einem Kunststoff. Dieses dient der leichteren Einbringung des kontaktseitigen Abschnitts 46 des Kontaktstifts in die Leiterplatte 40. Das Ausrichtelement 90 hat einen Durchlass 92, der mit einem Steckplatz 94 für den jeweiligen Kontaktstift 62 innerhalb der Leiterplatte 40 fluchtet. Der Steckplatz 94 wird durch ein elektrisch mit zumindest einer Leiterbahn der Leiterplatte 40 kontaktierten Anschlussstück 96 geschaffen, dessen Details in
EP 2 236 330 A1 beschrieben und welches in den
6 und
8 dargestellt ist. Dieses Anschlussstück 96 liegt im Grunde plan auf der Oberseite der Leiterplatte 40 auf. Lediglich nach oben umbogene Radien 98 von Haltestegen, die in Bohrungen der Leiterplatte 40 eingreifen, überragen geringfügig die ansonsten plane Oberfläche der Anschlussstücke 96.
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Wie insbesondere die 8 und 9 erkennen lassen, hat das Ausrichtelement 90 um den Durchlass 92 auf der der Leiterplatte 40 abgewandten Seite eine gegenüber den Abmessungen des Durchlasses 92 deutlich verbreiterte Öffnung 100. Diese Öffnung 100 geht über nach innen geneigte Rampenflächen 102 absatzfrei in den Durchlass 92 über. Das Ausrichtelement 90 ist so auf der Leiterplatte 40 montiert, dass der Durchlass 92 exakt mit dem Steckplatz 94 innerhalb der Leiterplatte 40 fluchtet. Dazu weist das Ausrichtelement 90 Positionierstifte 104 auf, die eine Positionierbohrung 106 innerhalb der Leiterplatte 40 durchsetzen und die Leiterplatte 40 unterseitig überragen. Die Positionierstifte 104 gehen von einem Vorsprung ab, der eine Anlagefläche 108 ausbildet, die ringförmig um den Positionierstift 104 vorgesehen ist. Über die Anlageflächen 108 liegt das Ausrichtelement 90 gegen die Leiterplatte 40 an. Wie den 6 und 7 zu entnehmen ist, sind zu jedem Ausrichtelement 90 zwei Positionierstifte 104 und entsprechende Positionierbohrungen vorgesehen. Durch dieses Zusammenwirken sind bereits Elemente einer Formschlussverbindung geschaffen, durch welche das Ausrichtelement 90 quer zu der Leiterplatte 40 formschlüssig an der Leiterplatte 40 gehalten und in diesem Sinne befestigt ist.
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Wie insbesondere die 6, 7 und 8 erkennen lassen, hat das Ausrichtelement 90 ferner einen Rastschenkel 110, der eine gegen die Unterseite der Leiterplatte 40 anliegende Verriegelungsfläche 112 ausformt. Auch dieser Rastschenkel 110 verclipst gegen die Leiterplatte 40. Der Rastschenkel 110 ist durch zwei Verbindungsstege 114 angebunden, die mit einem gewissen Querabstand gegen die Stirnfläche der Leiterplatte 84 anliegen. Durch diese Ausgestaltung ist die Leiterplatte randseitig von dem Ausrichtelement 90 umgriffen.
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Wie 5 verdeutlicht, liegen die freien Enden der Positionierstifte 104 gegen die Trennwand 28 an. Dadurch wird das Ausrichtelement 90 lokal im Bereich des Durchlasses 92 abgestützt, wodurch die Leiterplatte 40 beim Einbringen der Kontaktstifte 62 mechanisch entlastet wird.
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Wie 6 erkennen lässt, hat das dort gezeigte Ausrichtelement 90 mehrere Durchlässe 92 mit entsprechenden Öffnungen 100 und Rampenflächen 102. Der Vergleich dieser Darstellung mit 3 vermittelt, dass zu jedem Leistungsschalter 60 ein einzelnes Ausrichtelement 90 vorgesehen ist. So entspricht die Anzahl der Durchlässe 92 pro Ausrichtelement 90 der Anzahl der Kontaktstifte 62 des Leistungsschalters 60. Die 3 vermittelt vier in Reihe nebeneinander mit der Leiterplatte 40 verbundene Ausrichtelemente 90.
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Im Rahmen der Montage der Baugruppe 42 werden die einzelnen Kontaktstifte 62 mit ihren kontaktseitigen Abschnitten 64 über die jeweiligen Rampenflächen 102 der entsprechenden Ausrichtelemente 90 auf die Steckplätze 90 ausgerichtet. Eine etwaige Fehlstellung wird üblicherweise durch die Elastizität der Kontaktstifte 62 ausgeglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Heizvorrichtung
- 3
- Heizergehäuse
- 4
- Gehäuseunterteil
- 6
- Gehäuseoberteil
- 8
- Heizkammer
- 10
- Ein- und Auslassstutzen
- 12
- PTC-Heizeinrichtung
- 14
- PTC-Element
- 16
- Kontaktblech
- 18
- Kontaktzunge
- 20
- Gehäuse
- 22
- Rahmen
- 24
- Isolierlage
- 26
- Aufnahmen
- 28
- Trennwand
- 30
- Anschlusskammer
- 32
- Steuergehäuse
- 34
- Steuergehäusedeckel
- 36
- Dichtung
- 38
- erste Leiterplatte
- 40
- zweite Leiterplatte
- 42
- Baugruppe
- 44
- Steuervorrichtung
- 46
- Kühlkörper
- 48
- Kühlfläche
- 49
- Wärmesenke
- 50
- Formschlusssegmente
- 52
- Niederhalter
- 54
- Formschlussgegensegmente
- 56
- Positionierrahmen
- 58
- Aufnahme
- 60
- Leistungsschalter
- 62
- Kontaktstift
- 64
- kontaktseitigen Abschnitt
- 66
- Rastklinke
- 68
- Rampenfläche
- 70
- Öffnung
- 72
- Steg
- 74
- Auflage
- 76
- Silikonfeder
- 78
- Zapfen
- 80
- Fenster
- 82
- Schrauben
- 84
- Querholme
- 86
- Längsholme
- 90
- Ausrichtelement
- 92
- Durchlass
- 94
- Steckplatz
- 96
- Anschlussstück
- 98
- Radien
- 100
- verbreiterte Öffnung
- 102
- Rampenfläche
- 104
- Positionierstifte
- 106
- Positionierbohrung
- 108
- Anlagefläche
- 110
- Rastschenkel
- 112
- Verriegelungsfläche
- 114
- Verbindungsstege
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1872986 A1 [0002]
- EP 2337425 A1 [0002]
- EP 3334242 A1 [0002, 0022]
- EP 2330865 A1 [0004]
- EP 1630013 A1 [0004]
- EP 2236330 A1 [0012, 0032]
- EP 2466989 A1 [0017]
