DE102022212144A1

DE102022212144A1 - Hochvoltheizer

Info

Publication number: DE102022212144A1
Application number: DE102022212144.9A
Authority: DE
Inventors: Jens Richter
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochvoltheizer (1) mit einem Heizerblock (2) aus mehreren Flachrohren (3) und mehreren Heizelementen (4). Der Hochvoltheizer (1) weist dabei einen ein- und auslassseitigen Kasten (5) und einen umlenkenden Kasten (6) und die Flachrohre (3) münden längsendseitig in den jeweiligen Kasten (5, 6). Der Hochvoltheizer (1) weist eine Leiterplatte (15) mit wenigstens einem Halbleiterbauelement (16) auf und die Leiterplatte (15) und/oder das wenigstens eine Halbleiterbauelement (16) liegt außenseitig an dem umlenkenden Kasten (6) wärmeübertragend an.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochvoltheizer für ein Kraftfahrzeug zum Heizen eines Kühlmittels nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Hochvoltheizer wird in einem Kraftfahrzeug zum Heizen eines Kühlmittels verwendet. Dabei umfasst der Hochvoltheizer einen Heizerblock mit mehreren Flachrohren und mehreren Heizelementen, die zwischen den Flachrohren angeordnet und mit diesen wärmeübertragend verbunden sind. Die Heizelemente werden dabei über eine Leiterplatte mit Halbleiterbauelementen gesteuert. Im Betrieb des Hochvoltheizers erzeugen die Halbleiterbauelemente Wärme und müssen gekühlt werden. Das ist aufgrund des begrenzten Bauraums öfters nicht einfach zu realisieren.
DE 10 2018 215 398 A1 offenbart beispielweise einen Hochvoltheizer mit mehreren miteinander verlöteten Stapelscheiben und mit dazwischen angeordneten Heizelementen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für einen Hochvoltheizer der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Leiterplatte und die Halbleiterbauelemente an einem Umlenkkasten des Hochvoltheizers zu kühlen.
Der erfindungsgemäße Hochvoltheizer ist für ein Kraftfahrzeug zum Heizen eines Kühlmittels ausgelegt. Der Hochvoltheizer weist dabei einen Heizerblock mit mehreren vom Kühlmittel durchströmbaren Flachrohren und mehreren Heizelementen auf. Die Flachrohre und die Heizelemente sind in eine Stapelrichtung alternierend übereinandergestapelt, wobei das jeweilige Heizelement zumindest mit einem der benachbarten Flachrohre wärmeübertragend verbunden ist. Der Hochvoltheizer weist zudem einen ein- und auslassseitigen Kasten und einen umlenkenden Kasten, wobei die jeweiligen Kasten jeweils einen Boden und ein Kastengehäuse aufweisen. Die Flachrohre des Heizerblocks münden fluidisch längsendseitig über den jeweiligen Boden in den jeweiligen Kasten. Der Hochvoltheizer weist zudem eine Leiterplatte mit wenigstens einem Halbleiterbauelement zum Steuern der mehreren Heizelemente auf. Erfindungsgemäß liegt die Leiterplatte und/oder das wenigstens eine Halbleiterbauelement der Leiterplatte außenseitig an dem Kastengehäuse des umlenkenden Kastens wärmeübertragend an.
In dem Heizerblock sind die Flachrohre und die Heizelemente wärmeübertagend miteinander verbunden. Dazu können die Heizelemente zwischen den Flachrohren verpresst oder mit den Flachrohren stoffschlüssig verbunden sein. Beispielweise können die Flachrohre mit den Heizelementen mittels eines wärmeleitenden Klebers verklebt sein. In dem Heizerblock kann dann das Kühlmittel durch die Wandung der Flachrohre hindurch mittels der Heizelemente erhitzt werden. Das Kühlmittel ist vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit wie beispielweise Wasser. Das jeweilige Flachrohr kann dabei durch ein Strangpressprofil oder durch ein Schweißrohr abgebildet sein. Die jeweiligen Flachrohre münden längsendseitig in die Böden der jeweiligen Kasten. Dazu können die Flachrohre durch Öffnungen in den Böden teilweise gesteckt und mit den Böden fest und nach außen fluiddicht verbunden sein. So können die Flachrohre mit den Böden beispielsweise geschweißt oder gelötet oder geklebt sein. Der Heizerblock kann dabei an die gewünschte Heizleistung angepasst sein. Dazu kann die Anzahl und die Ausgestaltung der Heizelemente und der Flachrohre variiert werden.
Die Flachrohre münden an ihrem einen Längsende in den ein- und auslassseitigen Kasten und an ihrem anderen Längsende in den umlenkenden Kasten. Der jeweilige Kasten ist dabei durch den Boden und das Kastengehäuse gebildet bzw. nach außen begrenzt. Das jeweilige Kastengehäuse und der jeweilige Boden sind zweckgemäß fluiddicht miteinander verbunden, so dass der jeweilige Kasten nach außen fluiddicht ist. In dem ein- und auslassseitigen Kasten können dabei ein Einlassraum und ein Auslassraum gebildet sein. Der Einlassraum und der Auslassraum können dabei voneinander fluidisch getrennt sein. Zweckgemäß kann der Einlassraum über einen Einlass und der Auslassraum über einen Auslass fluidisch nach außen verbunden sein. In dem umlenkenden Kasten kann ein Umlenkraum gebildet bzw. nach außen begrenzt sein. Die Flachrohre des Heizerblocks können dabei in zwei Gruppen aufgeteilt sein, wobei die erste Gruppe mit dem Einlassraum und dem Umlenkraum und die zweite Gruppe mit dem Auslassraum und dem Umlenkraum fluidisch verbunden sind. In dem Hochvoltheizer kann dann das Kühlmittel über den Einlass in den Einlassraum des ein- und auslassseitigen Kastens und weiter in die Flachrohre der ersten Gruppe strömen. Aus den Flachrohren der ersten Gruppe kann dann das Kühlmittel in den Umlenkraum des umlenkenden Kastens strömen und dort in die Flachrohre der zweiten Gruppe umgelenkt werden. Über die Flachrohre der zweiten Gruppe strömt das Kühlmittel anschließend in den Auslassraum des ein- und auslassseitigen Kastens und dann über den Auslass nach außen.
Die Leiterplatte bzw. eine PCB-Platte (PCB: Printed Circuit Board) ist zum Steuern der Heizelemente ausgelegt. Die Leiterplatte und/oder das wenigstens eine Halbleiterbauelement der Leiterplatte liegt außenseitig an dem Kastengehäuse des umlenkenden Kastens wärmeübertragend an. Dadurch kann die Leiterplatte und/oder das wenigstens eine Halbleiterbauelement der Leiterplatte über das in dem umlenkenden Kasten strömende Kühlmittel gekühlt werden. Mit anderen Worten kann die Wärme, die im Betrieb des Hochvoltheizers in der Leiterplatte und/oder in dem wenigstens einen Halbleiterbauelement der Leiterplatte entsteht, an das Kühlmittel abgegeben werden. Durch die Umlenkung des Kühlmittels bzw. durch die Prallströmung des Kühlmittels in dem umlenkenden Kasten kann die Kühlung besonders effektiv erfolgen. Dabei liegt die Leiterplatte außenseitig an dem umlenkenden Kasten an und ist durch das Kastengehäuse des umlenkenden Kastens von dem Umlenkraum fluidisch getrennt. Zwischen der Leiterplatte und/oder dem wenigstens einen Halbleiterbauelement der Leiterplatte kann eine elektrische Isolierung angeordnet sein.
Der Hochvoltheiter kann ein Schutzgehäuse mit einem Schutzraum aufweisen und die Leiterplatte kann in dem Schutzraum des Schutzgehäuses angeordnet sein. Das Schutzgehäuse kann dabei bereichsweise durch das Kastengehäuse des umlenkenden Kastens geformt sein. Das Kastengehäuse kann den Schutzraum des Schutzgehäuses und einen in dem umlenkenden Kasten geformten Umlenkraum fluidisch voneinander trennen. Das Kastengehäuse des umlenkenden Kastens kann also bereichsweise das Schutzgehäuse abbilden bzw. ein Teil des Schutzgehäuses sein. Der Schutzraum kann dann bereichsweise durch das Kastengehäuse nach außen begrenzt sein. Die Leiterplatte liegt dabei außenseitig an dem Kastengehäuse des umlenkenden Kastens an und befindet sich in dem Schutzraum.
Bei einer möglichen Ausführungsform des Schutzgehäuses kann das Schutzgehäuse durch ein Gehäusestück und einen Deckel geformt sein. Dabei kann das Kastengehäuse durch eine nach innen gerichtete Vertiefung in dem Gehäusestück geformt sein. Der Schutzraum des Schutzgehäuses kann dabei ausschließlich durch das Gehäusestück und den Deckel nach außen abgegrenzt sein. Der Deckel kann insbesondere der Vertiefung gegenüberliegend angeordnet sein. Das Kastengehäuse kann demnach kein separater Bauteil, sondern ein Abschnitt bzw. ein Bereich des Gehäusestücks sein. Das Gehäusestück kann beispielweise schalenförmig sein und die Vertiefung kann nach innen in das schalenförmige Gehäusestück gerichtet sein. Das Gehäusestück kann mit der Vertiefung dem Boden gegenüberliegend angeordnet sein, so dass der umlenkende Kasten durch das Gehäusestück im Bereich der Vertiefung und den Boden geformt ist. Dabei kann das Gehäusestück dem Boden mit seiner Außenseite zugewandt angeordnet sein. Der Umlenkraum des umlenkenden Kastens ist dann zwischen dem Boden und der Außenseite des Gehäusestücks geformt. Das Gehäusestück kann zudem um die Vertiefung herum mit dem Boden fluiddicht festverbunden sein, so dass der Umlenkraum des umlenkenden Kastens nach außen fluiddicht ist. Der Schutzraum kann dabei in dem Gehäusestück geformt sein, wobei die Vertiefung in den Schutzraum hineinragt. Der Schutzraum und der Umlenkraum können dabei voneinander durch die Wandung des Gehäusestücks fluiddicht getrennt. Der Deckel kann dann mit dem Gehäusestück festverbunden sein und den Schutzraum verschließen. Diese Lösung ist besonders kostensparend.
Bei einer möglichen weiteren Ausführungsform des Schutzgehäuses kann das Schutzgehäuse durch ein Gehäusestück und einen Deckel geformt sein. Der Deckel kann dabei durch das Kastengehäuse abgebildet sein. Der Schutzraum des Schutzgehäuses kann dabei ausschließlich durch das Gehäusestück und den Deckel nach außen abgegrenzt sein. Das Gehäusestück kann beispielsweise schalenförmig sein und mit seiner offenen Seite dem Kastengehäuse zugewandt angeordnet und mit dem Kastengehäuse nach außen geschlossen sein. Der Schutzraum kann dann zwischen dem Kastengehäuse und dem Gehäusestück gebildet sein. Das Gehäusestück und das Kastengehäuse können zweckgemäß fluiddicht miteinander verbunden sein, so dass der Schutzraum nach außen fluiddicht ist. der Schutzraum und der Umlenkraum können dabei durch das Kastengehäuse bzw. den Deckel fluidisch voneinander getrennt sein.
Die Heizelemente des Hochvoltheizers können mit der Leiterplatte über wenigstens eine elektrisch leitende Stromsammelschiene elektrisch kontaktiert sein. Die Stromsammelschiene kann durch eine Öffnung in dem Boden des umlenkenden Kastens und durch eine Öffnung in dem Kastengehäuse des umlenkenden Kastens zu der Leiterplatte hindurchgeführt sein. Die Stromsammelschiene kann aus einem elektrisch leitenden Material - beispielweise Metall - geformt sein. Die Öffnung in dem Boden und die Öffnung in dem Kastengehäuse können dabei mittels einer Dichtung fluidisch abgedichtet sind. Die Stromsammelschiene und die Leiterplatte können dadurch fluiddicht voneinander getrennt sein. Eine Leckage des Kühlmittels in dem Heizerblock kann dadurch zwar einen Kurzschluss der Heizelemente verursachen, die Leiterplatte bleibt jedoch weiterhin vor dem Kühlmittel geschützt und kann eine Fehlermeldung ausgeben und/oder abgeschaltet werden.
Der Hochvoltheizer kann ein Gehäuse aufweisen. Das Gehäuse kann dabei zwischen den Böden angeordnet sein und den Heizerblock von außen umgeben. Das Gehäuse kann also die Flachrohre und die Heizelemente von außen ummanteln und diese nach außen schützten. Dabei kann der Hochvoltheizer eine erste Dichtung aufweisen, wobei die erste Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Boden des umlenkenden Kastens dichtend angeordnet sein kann. Dadurch kann ein den Heizerblock umgebender Innenraum des Gehäuses nach außen abgedichtet sein. Bei einer Leckage des Kühlmittels an einem Flachrohr kann das Kühlmittel in dem Gehäuse bzw. in dem Innenraum des Gehäuses verbleiben und dadurch die außenseitige Leiterplatte geschützt werden. Der Hochvoltheizer kann eine zweite Dichtung aufweisen, wobei die zweite Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Schutzgehäuse und/oder dem Kastengehäuse dichtend angeordnet sein kann. Die erste und/oder zweite Dichtung kann insbesondere eine Schnurdichtung bzw. eine Ringdichtung bzw. eine O-Ring-Dichtung sein.
Der Hochvoltheizer kann eine Leckageöffnung aufweisen. Die Leckageöffnung kann von der ersten Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Boden des umlenkenden Kastens und/oder von der zweiten Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Schutzgehäuse nach außen führen. Durch die Leckageöffnung kann das Kühlmittel nach außen abgeleitet werden, falls die erste und/oder zweite Dichtung versagen. Dadurch können der Schutzraum des Schutzgehäuses und dadurch die Leiterplatte in dem Schutzraum zusätzlich vom Kühlmittel und dadurch vor einem Kurzschluss geschützt sein.
Bei einer möglichen Ausführungsform des Hochvoltheizers können die Flachrohre jeweils zwei längsendseitige zu den jeweiligen Böden benachbarte Endbereiche und jeweils einen zwischen den Endbereichen liegenden Mittelbereich aufweisen. Wenigstens eins der Flachrohre kann dabei zumindest in einem der Endbereiche eine Kröpfung aufweisen. Durch die Kröpfung kann ein Abstand des gekröpften Flachrohrs und wenigstens eines der jeweiligen in Stapelrichtung benachbarten Flachrohre an den Endbereichen größer als an den Mittelbereichen sein. Werden die längsendseitigen Endbereiche der Flachrohre mit den zugeordneten Böden verbunden, so kann durch die Kröpfung der Flachrohre ausreichend Boden-Material zur Verbindung der beiden Flachrohre mit dem jeweiligen Boden und zum Kassettieren der beiden Flachrohre bereitgestellt werden. Ein Abstand des gekröpften Flachrohrs und des benachbarten Flachrohrs an den Mittelbereichen kann zudem unabhängig von dem Abstand an den Endbereichen gewählt werden. Entsprechend kann die Dicke des zwischen den beiden Flachrohren angeordnetes Heizelements beliebig sein. Grundsätzlich kann der Abstand der zueinander benachbarten Flachrohre an den Mittelbereichen insbesondere zwischen 0,2 mm und 6 mm liegen. Der Abstand des gekröpften Flachrohrs und des benachbarten Flachrohrs kann an den Endbereichen insbesondere zwischen 1,5 mm und 6 mm liegen.
Das jeweilige Heizelement kann ein PTC-Heizelement sein. Das PTC-Heizelement weist dabei wenigstens einen PTC-Stein, zwei elektrisch leitenden Kontaktplatten und zwei dielektrische Isolierplatten auf. Der wenigstens eine PTC-Stein ist zweckgemäß zwischen den Kontaktplatten angeordnet und elektrisch leitend mit diesen kontaktiert. Die Isolierplatten sind an den Kontaktplatten von dem wenigstens einen PTC-Stein abgewandt angeordnet. Das PTC-Heizelement ist dann wärmeübertragend mit wenigstens einem der Flachrohre verbunden. Dabei kann das PTC-Heizelement mit dem Flachrohr beispielweise mittels eines wärmeleitenden Klebers wärmeübertragend verklebt sein. Das PTC-Heizelement liegt dabei mit der Isolierplatte an dem Flachrohr an und ist dadurch von dem Flachrohr elektrisch isoliert.
Das jeweilige Heizelement kann alternativ ein TFR-Heizelement (TFR: Thick-Film-Resistor) sein. Das TFR-Heizelement weist dabei zwei dielektrische Isolierbeschichtungen und eine zwischen den Isolierbeschichtung liegende Widerstandsbahn auf. Die jeweilige Isolierbeschichtung kann dabei einschichtig oder mehrschichtig sein. Das TFR-Heizelement kann auch ein Substrat aufweisen, auf das eine der Isolierbeschichtungen aufgetragen ist. Das Substrat des TFR-Heizelements kann insbesondere durch das wenigstens eine Flachrohr des Hochvoltheizers abgebildet sein. Dann ist die eine Isolierbeschichtung auf das Substrat, die Widerstandsbahn auf die Isolierbeschichtung und die andere Isolierbeschichtung auf die Widerstandsbahn aufgetragen. Mit anderen Worten ist die Widerstandsbahn zwischen den beiden Isolierbeschichtungen angeordnet. Das Auftragen kann dabei durch eine Dickschicht-Technologie beispielwiese im Siebdruck erfolgen.
Das jeweilige Heizelement kann alternativ ein Folien-Heizelement sein. Das Folien-Heizelement weist dann zwei dielektrische Isolierfolien und eine zwischen den Isolierfolien liegende Widerstandsbahn auf. Die Widerstandsbahn ist also zwischen den Isolierfolien angeordnet. Das Folien-Heizelement kann mit dem wenigstens einen Flachrohr des Hochvoltheizers stoffschlüssig verbunden sein. Insbesondere kann das Folien-Heizelement mit dem wenigstens einen Flachrohr mittels eines wärmeleitenden Klebers wärmeübertragend verklebt sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Hochvoltheizers;
2 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers von oben mit eingezeichneten Schnittebenen A-A, B-B und C-C;
3 und 4 eine Schnittansicht und eine vergrößerte Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers in der in 2 gezeigten Schnittebene A-A;
5 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers in der in 2 gezeigten Schnittebene B-B;
6 und 7 eine Schnittansicht und eine vergrößerte Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers in der in 2 gezeigten Schnittebene C-C;
8 eine Ansicht eines Heizerblocks des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers;
9 bis 11 eine Draufsicht und zwei Seitenansichten des in 8 gezeigten Heizerblocks des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers;
12 eine Ansicht des in 8 gezeigten Heizerblocks des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers mit einem Boden eines ein- und auslassseitigen Kastens und einer Stromsammelschiene;
13 eine Ansicht eines Gehäusestücks eines umlenkenden Kastens in dem erfindungsgemäßen Hochvoltheizer;
14 eine Ansicht eines alternativ ausgeformten Heizerblocks des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers mit gekröpften Flachrohren.

1 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Hochvoltheizers 1. In 2 ist eine Ansicht des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers 1 von oben gezeigt. In 2 sind zudem Schnittebenen A-A, B-B und C-C eingetragen. Der Aufbau des Hochvoltheizers 1 wird im Folgenden anhand 3 bis 7 näher erläutert. 3 zeigt dabei eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers 1 in der in 2 gezeigten Schnittebene A-A und 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3. 5 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers in der in 2 gezeigten Schnittebene B-B. 6 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers 1 in der in 2 gezeigten Schnittebene C-C und 7 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 6.
Insbesondere bezugnehmend auf 6 und 7 weist der Hochvoltheizer 1 einen Heizerblock 2, der aus mehreren vom Kühlmittel durchströmbaren Flachrohren 3 und mehreren Heizelementen 4 geformt ist. Die Flachrohre 3 und die Heizelemente 4 sind dabei in eine Stapelrichtung ST alternierend gestapelt. Die Flachrohre 3 sind mit den Heizelementen 4 wärmeübertragen verbunden, so dass das Kühlmittel in den Flachrohren 3 mittels der Heizelemente 4 heizbar ist. Das jeweilige Flachrohr 3 kann dabei ein Strangpressprofil oder ein Schweißrohr sein. Das jeweilige Heizelement 4 kann ein PTC-Heizelement oder ein TFR-Heizelement (TFR: Thick-Film-Resistor) oder ein Folien-Heizelement sein. Das PTC-Heizelement oder das TFR-Heizelement oder das Folien-Heizelement können auf eine dem Fachmann bekannte Weise aufgebaut sein. Das jeweilige Heizelement 4 kann mit wenigstens einem der benachbarten Flachrohre 3 stoffschlüssig verbunden sein. So kann das jeweilige Heizelement 4 mit dem jeweiligen Flachrohr 3 beispielweise mittels eines wärmeleitenden Klebers verklebt sein. Ist das Heizelement 4 ein TFR-Heizelement, so kann das TFR-Heizelement auf das jeweilige Flachrohr 3 direkt aufgedruckt sein. Alternativ können die jeweiligen Heizelemente 4 mit den Flachrohren 3 verpresst und dadurch wärmeübertragend verbunden sein.
Bezugnehmend auf 3 bis 6 weist der Hochvoltheizer 2 zudem einen ein- und auslassseitigen Kasten 5 und einen umlenkenden Kasten 6 auf. Der ein- und auslassseitige Kasten 5 ist durch einen Boden 5a und ein Kastengehäuse 5b geformt. Der umlenkende Kasten 6 ist durch einen Boden 6a und ein Kastengehäuse 6b geformt. Das Kastengehäuse 6b wird im Folgenden näher beschrieben. Die Flachrohre 3 münden dabei einseitig über den Boden 5a in den Kasten 5 und andersseitig über den Boden 6a in den Kasten 6. Die Flachrohre 3 und die jeweiligen Böden 5a und 6a sind miteinander stoffschlüssig verbunden - beispielweise geschweißt oder gelötet oder geklebt. Die Böden 5a und 6a können insbesondere aus Metall geformt sein. Die Kastengehäuse 5b und 6b können aus Metall oder Kunststoff geformt sein.
Bezugnehmend auf 5 und 6 grenzt der ein- und auslassseitige Kasten 5 einen Einlassraum 7 mit einem Einlass 8 und einen Auslassraum 9 mit einem Auslass 10 nach außen ab. Der Einlass 8 und der Auslass 10 sind in dem Kastengehäuse 5b geformt und auch in 1 und 2 erkennbar. Der Einlassraum 7 und der Auslassraum 8 sind fluidisch voneinander getrennt und jeweils mit einer Gruppe der Flachrohre 3 fluidisch verbunden. Der umlenkende Kasten 6 grenzt einen Umlenkraum 11 nach außen ab. Der Umlenkraum 11 ist mit allen Flachrohren 3 des Heizerblocks 2 fluidisch verbunden. In dem Hochvoltheizer 1 strömt das Kühlmittel über den Einlass 8 in den Einlassraum 7 und weiter in die Flachrohre 3 der einen Gruppe. Aus den Flachrohren 3 der einen Gruppe strömt das Kühlmittel in den Umlenkraum 11 des Kastens 6 und dort in die Flachrohre 3 der anderen Gruppe. Über die Flachrohre 3 der anderen Gruppe strömt das Kühlmittel in den Auslassraum 9 und anschließend über den Auslass 10 nach außen.
Bezugnehmend auf 1 bis 7 weist der Hochvoltheizer 1 zudem ein Gehäuse 12 auf. Das Gehäuse 12 ist zwischen den Böden 5a und 6a angeordnet und umgibt den Heizerblock 2 umlaufend von außen. Durch das Gehäuse 12 und die Böden 5a und 6a ist ein Innenraum 13 geformt, in dem der Heizerblock 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 12 kann aus Metall - insbesondere aus Aluminium - oder aus Kunststoff geformt sein. Bezugnehmend auf 7 ist eine erste Dichtung 14 zwischen dem Gehäuse 12 und dem Boden 6a angeordnet. Über die Dichtung 14 ist der Innenraum 13 nach außen abgedichtet.
Bezugnehmend auf 3 bis 7 weist der Hochvoltheizer 1 eine Leiterplatte 15 mit mehreren Halbleiterbauelementen 16 - beispielweise IGBTs (IGBT: Insulated-Gate Bipolar Transistor bzw. Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) - zum Steuern der Heizelemente 4 auf. Die Leiterplatte 15 ist dabei außenseitig an dem Kastengehäuse 6b so angeordnet, dass die Halbleiterbauelemente 16 mit dem Kastengehäuse 6b wärmeübertragend verbunden sind. Dadurch können die Halbleiterbauelemente 16 durch das in dem Kasten 6 strömende Kühlmittel gekühlt werden. Die Halbleiterbauelemente 16 sind von dem Kastengehäuse 6b zweckgemäß elektrisch isoliert. Bezugnehmend auf 3 bis 5 ist die Leiterplatte 15 mit den Heizelementen 4 über eine elektrisch leitende Stromsammelschiene 17 elektrisch kontaktiert. Die Stromsammelschiene 17 ist in dem Innenraum 13 aufgenommen und ist durch den Boden 6a über eine Öffnung 18a und durch das Kastengehäuse 6b über eine Öffnung 18b zu der Leiterplatte 15 hindurchgeführt. Die Öffnungen 18a und 18b sind zweckgemäß abgedichtet.
Bezugnehmend auf 1 und 2 sowie auf 3 und 5 weist der Hochvoltheizer 1 einen elektrischen Anschluss 29 auf. Über den Anschluss 29 kann die Leiterplatte 15 nach außen elektrisch kontaktiert werden.
Bezugnehmend auf 3 bis 7 weist der Hochvoltheizer 1 zum Schutz der Leiterplatte 15 ein Schutzgehäuse 19 auf. Das Schutzgehäuse 19 grenzt einen Schutzraum 20 nach außen ab und die Leiterplatte 15 ist in dem Schutzraum 20 aufgenommen. Das Schutzgehäuse 19 umfasst dabei ein schalenartiges Gehäusestück 21 und einen das Gehäusestück 21 schließenden Deckel 22. Der Schutzraum 20 ist dabei ausschließlich durch das Gehäusestück 21 und den Deckel 21 nach außen begrenzt. Das Kastengehäuse 6b ist dabei durch eine in den Innenraum 20 gerichtete Vertiefung 23 an dem Gehäusestück 21 abgebildet. Das Kastengehäuse 6b bildet demnach einen untrennbaren Teil bzw. einen untrennbaren Abschnitt bzw. einen untrennbaren Bereich des Gehäusestücks 21 ab. Das Gehäusestücks 21 liegt dabei an dem Boden 6b mit der Vertiefung 23 zugewandt an, so dass zwischen der Vertiefung 23 des Gehäusestücks 21 und dem Boden 6b der Umlenkraum 11 des Kastens 6 geformt ist. Das Gehäusestück 21 und der Deckel 22 können aus Metall oder aus Kunststoff geformt sein. Das Gehäusestück 21 ist mit dem Boden 6b festverbunden.
Bezugnehmend auf 7 ist zwischen dem Gehäusestück 21 bzw. dem Schutzgehäuse 19 und dem Gehäuse 12 eine zweite Dichtung 24 angeordnet. Zudem ist zwischen dem Gehäusestück 21 und dem Gehäuse 12 eine Leckageöffnung 25 geformt, die - wie mit dem Pfeil angedeutet ist - von der zweiten Dichtung 24 nach außen führt. Bei einer Leckage kann das Kühlmittel von der zweiten Dichtung 24 nach außen abgeführt und dadurch die Leiterplatte 15 vor einem Kurzschluss geschützt werden.
8 zeigt eine Ansicht des Heizerblocks 2 des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers 1. Wie hier erkennbar ist, sind die Heizelemente 4 zwischen den Flachrohren 3 gestapelt und über Kontakte 4a nach außen elektrisch kontaktierbar. 9 zeigt eine Draufsicht und 10 und 11 zeigen Seitenansichten des in 8 gezeigten Heizerblocks 2.
12 zeigt eine Ansicht des in 8 gezeigten Heizerblocks 2 des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers 1 mit dem Boden 5a des ein- und auslassseitigen Kastens 5 und der Stromsammelschiene 17. Wie hier erkennbar ist, sind die Heizelemente 4 über die Kontakte 4a mit der Stromsammelschiene 17 elektrisch kontaktiert. Zudem sind zwei Temperatursensoren 30 erkennbar.
13 zeigt eine Ansicht des Gehäusestücks 21 in dem erfindungsgemäßen Hochvoltheizer 1. Hier ist insbesondere die Vertiefung 23, die in dem Gehäusestücks 21 das Kastengehäuse 6b des umlenkenden Kastens 6 formt, erkennbar. Zudem ist die Öffnung 18b zum Durchführen der Stromsammelschiene 17 aus dem Innenraum 13 in den Schutzraum 20 zu der Leiterplatte 15 zu sehen.
14 zeigt eine Ansicht des alternativ ausgeformten Heizerblocks 2 des erfindungsgemäßen Hochvoltheizers 1. Hier weist das jeweilige Flachrohr 3 zwei längsendseitige Endbereiche 26a und 26b und einen Mittelbereich 27 auf. Die Endbereiche 26a und 26b sind zu den Böden 5a und 6a benachbart und der Mittelbereich 27 liegt zwischen den Endbereichen 26a und 26b. In dem hier gezeigten Heizerblock 2 weisen zwei in Stapelrichtung letzte Flachrohre 3 in den Endbereichen 26a und 26b jeweils eine Kröpfung 28 auf. Dadurch weisen die Endbereiche 26a bzw. 26b der benachbarten Flachrohre 3 in Stapelrichtung ST einen größeren Abstand als die Mittelbereiche 27 auf. Dadurch steht an den Böden 5a und 6a mehr Material zum stoffschlüssigen Verbinden der Böden 5a und 6a mit den Flachrohren 3 zur Verfügung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018215398 A1 [0003]

Claims

Hochvoltheizer (1) für ein Kraftfahrzeug zum Heizen eines Kühlmittels, - wobei der Hochvoltheizer (1) einen Heizerblock (2) mit mehreren vom Kühlmittel durchströmbaren Flachrohren (3) und mehreren Heizelementen (4) aufweist, - wobei die Flachrohre (3) und die Heizelemente (4) in eine Stapelrichtung (ST) alternierend übereinandergestapelt sind und das jeweilige Heizelement (4) zumindest mit einem der benachbarten Flachrohre (3) wärmeübertragend verbunden ist, - wobei der Hochvoltheizer (1) einen ein- und auslassseitigen Kasten (5) und einen umlenkenden Kasten (6) jeweils mit einem Boden (5a, 6a) und einem Kastengehäuse (5a, 6b) aufweist, - wobei die Flachrohre (3) des Heizerblocks (2) längsendseitig über den jeweiligen Boden (5a, 5b) in den jeweiligen Kasten (5, 6) fluidisch münden, und - wobei der Hochvoltheizer (1) eine Leiterplatte (15) mit wenigstens einem Halbleiterbauelement (16) zum Steuern der mehreren Heizelemente (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (15) und/oder das wenigstens eine Halbleiterbauelement (16) der Leiterplatte (15) außenseitig an dem Kastengehäuse (6b) des umlenkenden Kastens (6) wärmeübertragend anliegt.
Hochvoltheizer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der Hochvoltheiter (1) ein Schutzgehäuse (19) mit einem Schutzraum (20) aufweist und die Leiterplatte (15) in dem Schutzraum (20) des Schutzgehäuses (19) angeordnet ist, - dass das Schutzgehäuse (19) bereichsweise durch das Kastengehäuse (6b) des umlenkenden Kastens (6) geformt ist, und - dass das Kastengehäuse (6b) den Schutzraum (20) des Schutzgehäuses (19) und einen in dem umlenkenden Kasten (6) befindlichen Umlenkraum (11) fluidisch voneinander trennt.
Hochvoltheizer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das Schutzgehäuse (19) durch ein Gehäusestück (21) und einen Deckel (22) und das Kastengehäuse (6b) durch eine nach innen gerichtete Vertiefung (23) in dem Gehäusestück (21) geformt ist, und - dass der Schutzraum (20) des Schutzgehäuses (19) ausschließlich durch das Gehäusestück (21) und den Deckel (22) nach außen abgegrenzt ist.
Hochvoltheizer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass das Schutzgehäuse (19) durch ein Gehäusestück (21) und einen Deckel (22) geformt ist und der Deckel (22) durch das Kastengehäuse (6b) abgebildet ist, und - dass der Schutzraum (20) des Schutzgehäuses (19) ausschließlich durch das Gehäusestück (21) und den Deckel (22) nach außen abgegrenzt ist.
Hochvoltheizer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass der Hochvoltheizer (1) wenigstens eine elektrisch leitende Stromsammelschiene (17) aufweist und die Heizelemente (4) des Hochvoltheizers (1) mit der Leiterplatte (15) über die jeweilige Stromsammelschiene (17) elektrisch kontaktiert sind, und - dass die jeweilige Stromsammelschiene (17) durch eine Öffnung (18a) in dem Boden (6a) des umlenkenden Kastens (6) und durch eine Öffnung (18b) in dem Kastengehäuse (6b) des umlenkenden Kastens (6) zu der Leiterplatte (15) hindurchgeführt ist.
Hochvoltheizer (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (18a) in dem Boden (6a) und die Öffnung (18b) in dem Kastengehäuse (6b) mittels einer Dichtung fluidisch abgedichtet sind.
Hochvoltheizer (1) nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvoltheizer (1) ein Gehäuse (12) aufweist, wobei das Gehäuse (12) zwischen den Böden (5a, 6a) angeordnet ist und den Heizerblock (2) von außen umgibt, - wobei der Hochvoltheizer (1) eine erste Dichtung (14) aufweist und die erste Dichtung (14) zwischen dem Gehäuse (12) und dem Boden (6a) des umlenkenden Kastens (6) dichtend angeordnet ist, und/oder - wobei der Hochvoltheizer (1) eine zweite Dichtung (24) aufweist und die zweite Dichtung (24) zwischen dem Gehäuse (20) und dem Schutzgehäuse (19) und/oder dem Kastengehäuse (6b) des umlenkenden Kastens (6) dichtend angeordnet ist.
Hochvoltheizer (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvoltheizer (1) eine Leckageöffnung (25) aufweist und die Leckageöffnung (25) von der ersten Dichtung zwischen dem Gehäuse (12) und dem Boden (6b) des umlenkenden Kastens (6) und/oder von der zweiten Dichtung (24) zwischen dem Gehäuse (12) und dem Schutzgehäuse (19) nach außen führt.
Hochvoltheizer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass die Flachrohre (3) jeweils zwei längsendseitige zu den jeweiligen Böden (5, 6) benachbarte Endbereiche (26a, 26b) und jeweils einen zwischen den Endbereichen (26a, 26b) liegenden Mittelbereich (27) aufweisen, - dass wenigstens eins der Flachrohre (3) zumindest in einem der Endbereiche (26a, 26b) eine Kröpfung (28) aufweist, und - dass ein Abstand des gekröpften Flachrohrs (3) und wenigstens eines der jeweiligen in Stapelrichtung (ST) benachbarten Flachrohre (3) an den Endbereichen (26a, 26b) durch die Kröpfung (28) größer als an den Mittelbereichen (27) ist.
Hochvoltheizer (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass das jeweilige Heizelement (4) ein PTC-Heizelement mit zwei dielektrischen Isolierplatten, zwei zwischen den Isolierplatten angeordneten elektrisch leitenden Kontaktplatten und wenigstens einem zwischen den Kontaktplatten angeordneten PTC-Stein ist, und/oder - dass das jeweilige Heizelement (4) ein TFR-Heizelement mit zwei dielektrischen Isolierbeschichtungen und einer zwischen den Isolierbeschichtungen liegenden Widerstandsbahn ist, und/oder - dass das jeweilige Heizelement (4) ein Folien-Heizelement mit zwei dielektrischen Isolierfolien und einer zwischen den Isolierfolien liegenden Widerstandsbahn ist.