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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung umfassend ein Gehäuse mit einer Trennwand, die eine Anschlusskammer von einer Heizkammer zur Abgabe von Wärme an ein zu erwärmendes Medium trennt und von der zumindest eine Heizrippe in Richtung auf die Heizkammer abragt. Die Heizrippe stützt zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung des PTC-Elementes mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen, die in Anschlusskammer elektrisch angeschlossen sind, isoliert ab. In dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung ist eine Steuervorrichtung mit einer bestückten Steuerleiterplatte vorgesehen. Die Steuervorrichtung kann in der Anschlusskammer oder einem Steuergehäuse angeordnet sein. An dem Gehäuse ist zumindest ein Steckergehäuse vorgesehen, dessen elektrisch leitendes Steckelement elektrisch mit der Steuerleiterplatte verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine elektrische Heizvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die sich leichter an individuelle Vorgaben des Kunden anpassen lässt.
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Erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtungen werden üblicherweise in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Den Heizvorrichtungen ist die Aufgabe gemein, das zu erwärmende Medium, in der Regel ein flüssiges Medium, in dem Fahrzeug zu erwärmen. Insbesondere im Bereich der Elektromobilität wird das auf diese Weise elektrisch erwärmte Medium genutzt, um Aggregate innerhalb des elektrisch betriebenen Fahrzeuges auf eine bestimmte Betriebstemperatur zu bringen und/oder den Innenraum innerhalb des Fahrzeuges zu klimatisierten. Dies erfolgt üblicherweise dadurch, dass das erwärmte flüssige Medium über einen Wärmetauscher geführt wird, der von zu erwärmender Luft durchströmt wird.
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Die elektrische Heizvorrichtung der vorliegenden Art hat üblicherweise mehrere Heizrippen, die für sich ein oder mehrere PTC-Elemente aufnehmen können. Mehrere PTC-Elemente können über zwei Leiterbahnen bestromt werden. Es können auch mehrere Leiterbahnen zur Bestromung verschiedener PTC-Elemente in einer Heizrippe vorgesehen sein. Die PTC-Elemente können in Höhenrichtung der Heizrippe übereinander oder quer dazu nebeneinander vorgesehen sein. Als Höhenrichtung ist diejenige Richtung zu verstehen, in welcher die Heizrippe von der Trennwand abragt. In Höhenrichtung ist die Heizrippe zu der Anschlusskammer üblicherweise offen.
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Die Heizrippe kann durch ein Heizeinrichtungsgehäuse gebildet sein, welches üblicherweise metallisch ausgebildet ist und monolithisch oder durch Fügen mit der Trennwand verbunden ist. Die Trennwand kann Teil eines Gehäuseoberteils sein, welches bevorzugt metallisch ausgebildet ist, um die in der Anschlusskammer vorgesehenen Schalter der bestückten Leiterplatte abzuschirmen. Ebenso ist es möglich, die Trennwand lediglich mit Aufnahmen zu versehen und die Heizrippen in diese Aufnahmen einzubringen, wie dies in der
EP 3 334 243 A1 beschrieben ist.
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Die Heizrippen können zur Anpassung der Heizleistung der elektrischen Heizvorrichtung jeweils individuell mit der benötigten Anzahl von PTC-Elementen oder unterschiedlich großen PTC-Elementen bestückt oder vorgesehen sein. Dadurch lässt sich die von der Heizvorrichtung maximal abgegebene Wärme individuell an Kundenwünsche anpassen. Eine solche Anpassung erfordert keine grundlegende Änderung der elektrischen Heizvorrichtung in Bezug auf den elektrischen Anschluss der einzelnen Heizrippen bzw. der dadurch bzw. darin vorgesehenen PTC-Elemente. Im Stand der Technik ist es bekannt, die verschiedenen Heizrippen über ein Verbindungsmodul anzuschließen. Dieses Verbindungsmodul hat üblicherweise keine elektrischen oder elektronischen Bauteile. Sie dient allein der Gruppierung von PTC-Elementen unterschiedlicher Heizrippen zu bestimmten Heizkreisen. Das Verbindungsmodul kann verschiedene durch Stanzen elektrisch getrennte Blechsegmente aufweisen, die in einem Kunststoffrahmen aufgenommen und positioniert sind. Über diese Stromschienen können die PTC-Elemente in unterschiedlichen Heizkreisen gruppiert werden; vergleiche die
DE 20 2019 005 223 U1 .
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Elektrisch mit dieser unbestückten Leiterplatte ist die zuvor erwähnte bestückte Steuerleiterplatte verbunden. Diese hat beispielsweise zumindest einen Leistungsschalter, der einem spezifischen Heizkreis zugeordnet ist und dessen Leistungsabgabe steuert. Die Steuerleiterplatte kann weitere elektrische oder elektronische Bauteile umfassen.
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Wie aus der
EP 3 334 243 A1 bzw. der
DE 20 2019 005 223 U1 bekannt, ist diese Steuerleiterplatte elektrisch mit Steckelementen eines Steckergehäuses verbunden, welches zur elektrischen Kontaktierung der elektrischen Heizvorrichtung mit dem Leistungsstrom oder mit Steuersignalen an der Außenseite des Gehäuses der elektrischen Heizvorrichtung frei liegt. Dieses zumindest eine Steckergehäuse folgt hinsichtlich seiner Ausgestaltung und Anordnung üblicherweise den Vorgaben des Kunden. Bei dem zuvor erwähnten Stand der Technik hat die Steuerleiterplatte Steckergegenelemente für den elektrischen Anschluss der Steckelemente zu dem zumindest einen Steckergehäuse.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Anschlussleiterplatte vorgeschlagen, die ausschließlich dem elektrischen Anschluss der Steckelemente dient und die über zumindest einen elektrischen Verbinder mit der Steuerleiterplatte elektrisch verbunden ist. Bevorzugt hat die Anschlussleiterplatte Steckergegenelemente für die unmittelbare elektrisch leitende Steckkontaktierung der Steckelemente des Steckers.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt der elektrische Anschluss an den Leistungsstrom und/oder an eingehende Steuersignale ausschließlich über die Anschlussleiterplatte, bevorzugt durch an der Anschlussleiterplatte vorgesehene Steckergegenelemente zur Kontaktierung der Steckelemente. Der elektrische Anschluss erfolgt danach an einer anderen Leiterplatte als an derjenigen, an der die elektrischen bzw. elektronischen Bauteile vorgesehen sind. Die Anschlussleiterplatte hat üblicherweise keinerlei elektrische oder elektronische Bauteile. Sie dient lediglich der Kontaktierung, bevorzugt der Steckkontaktierung mit den Steckern für den Leistungsstrom und/oder für die Steuersignale. Die Steuerleiterplatte hingegen hat keine elektrischen Anschlusselemente, die unmittelbar mit einem Steckelement eines Steckergehäuses elektrisch verbunden sind. Der elektrische Anschluss an die Steckelemente erfolgt vielmehr über die Anschlussleiterplatte.
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So ist es möglich, die Steuerleiterplatte unverändert als Teil einer bereits konzipierten elektrischen Heizvorrichtung beizubehalten, wenn diese den Anforderungen eines anderen Kunden im Grunde genügt, der Kunde aber spezifische Vorgaben hinsichtlich der Art und/oder Anordnung des Steckers für den Leistungsstrom bzw. die Steuersignale macht. In diesem Fall muss lediglich die Anschlussleiterplatte an die individuellen Vorgaben des Kunden angepasst werden. Die Steuerleiterplatte muss nicht gesondert konzipiert werden und kann unverändert übernommen werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, die Steuerleiterplatte und die Anschlussleiterplatte im Wesentlichen höhengleich vorzusehen. Dabei kann sich die Steuerleiterplatte und die Anschlussleiterplatte im Wesentlichen parallel zu der Trennwand erstrecken. Die beiden miteinander elektrisch verbundenen Leiterplatten können sich quer zu der Höhenrichtung der Heizrippe erstrecken und unmittelbar oberhalb an den in der Anschlusskammer freiliegenden kontaktseitigen Enden der Leiterbahnen vorgesehen sein. Diese kontaktseitigen Enden der Leiterbahnen werden üblicherweise durch Kontaktzungen gebildet, die durch Freischneiden von Enden von Blechen gebildet sind, die die Leiterbahnen ausformen und die unmittelbar elektrisch leitend an dem PTC-Element oder den PTC-Elementen anliegen. Diese sind üblicherweise aus Keramik gebildet und haben an ihren Hauptseitenflächen eine Metallisierung. An dieser Metallisierung liegen üblicherweise die Kontaktbleche elektrisch leitend an. Die Lage der Steckelemente ist nach der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise lediglich auf denjenigen Bereich beschränkt, der sich unmittelbar in Höhenrichtung der Heizrippe an die Heizkammer anschließt und von dieser durch die Trennwand getrennt ist. Vielmehr kann das Verbindungsmodul für den Anschluss der Heizrippen sich im Wesentlichen parallel zu der Trennwand erstrecken, wohingegen die Anschlussleiterplatte und die Steuerleiterplatte in einem gesonderten Steuergehäuse vorgesehen und mit der unbestückten Leiterplatte elektrisch verbunden sein können, wie dies die
EP 3 334 243 A1 vermittelt.
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Bevorzugt und bei einer kompakten Ausgestaltung befindet sich die Anschlussleiterplatte und die bestückte Leiterplatte in der Anschlusskammer. Diese beiden Leiterplatten erstrecken sich bevorzugt parallel zu der unbestückten Leiterplatte; vergleiche die
DE 20 2019 005 223 U1 .
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Vorzugsweise hat das Steckergehäuse männliche Kontaktzungen und die Anschlussleiterplatte weibliche Kontaktzungenaufnahmen zur steckkontaktierten Aufnahme dieser männlichen Kontaktzungen. Die in der Kontaktzungenaufnahme aufgenommene Kontaktzunge durchsetzt bevorzugt die Anschlussleiterplatte. Mit anderen Worten durchragen die Kontaktzungen die Anschlussleiterplatte. Zur Erhöhung der elektrischen Festigkeit, insbesondere beim Betrieb der elektrischen Heizvorrichtung mit Hochvolt und damit beispielsweise dem Leistungsstrom eines Elektrofahrzeuges von zumindest 48 Volt, wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, an dem Gehäuse ein Leistungsteckergehäuse für Leistungsstrom und ein Steuersteckergehäuse für den Steuerstrom vorzusehen. Zwischen den Steckelementen des Leistungsteckergehäuses ist ein durch das Leistungsteckergehäuse gebildeter Isoliersteg vorgesehen, der in einer in der Anschlussleiterplatte ausgesparten Isolierstegaufnahme eingebracht ist. Dieser Isoliersteg erhöht die Luft- und Kriechstrecke zwischen den verschiedenen Kontaktzungen des Steckergehäuses, denen unterschiedliche Polaritäten zugeordnet sind. Der Isoliersteg überragt dabei üblicherweise die Kontaktzungen in ihrer Erstreckungsrichtung und damit Steckrichtung. Der Isoliersteg ist üblicherweise breiter als die freien Enden der Kontaktzungen. Diese Maßnahmen führen zu einer erhöhten elektrischen Sicherheit. Die Isolierstegaufnahme ist eng dimensional an die Abmessung des Isoliersteges angepasst.
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Die elektrische Verbindung zwischen der Anschlussleiterplatte und der bestückten Leiterplatte kann durch beliebige Board-to-Board-Verbinder bewirkt werden. Insbesondere zur Vermittlung des Leistungsstromes werden allerdings elektrische Verbinder mit erhöhter elektrischer Tragfähigkeit bevorzugt. Dazu haben die bestückte Steuerleiterplatte und die Anschlussleiterplatte einander zugeordnete weibliche Steckelementaufnahmen, die zumindest teilweise in der Steuerleiterplatte bzw. der Anschlussleiterplatte aufgenommen sind. Die einander zugeordneten Steckelementaufnahmen sind elektrisch durch Stromschienen miteinander verbunden. Die Stromschienen sind dabei bevorzugt U-förmig ausgebildet und haben einander gegenüberliegende Steckzungen. Die Steckelementaufnahmen sind bevorzugt wie die in der
EP 2 236 330 A1 beschriebenen gestanzten Anschlussstücke ausgeformt. Solche Steckelementaufnahmen liegen üblicherweise an benachbarten Rändern der bestückten Steuerleiterplatte einerseits und der Anschlussleiterplatte andererseits einander gegenüber. Die U-förmigen Stromschienen überbrücken die Ränder der beiden Leiterplatten und sind zwischen innerhalb der Leiterplatten vorgesehenen Federzungen der Steckelementaufnahmen elektrisch an den Steckelementaufnahmen kontaktiert. Auch diese Federzungen sind der
EP 2 236 330 A1 zu entnehmen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
- 1: eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung mit der Heizkammer nach oben;
- 2: eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels nach 1 mit der Heizkammer nach unten;
- 3 eine Querschnittsansicht des Gehäuseoberteils des Ausführungsbeispiels nach den 1 und 2;
- 4 eine perspektivische anschlusskammerseitige Draufsicht des Ausführungsbeispiels und
- 5 eine perspektivische Unteransicht der Steuervorrichtung in 4.
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Die 1 bis 3 zeigen eine Heizvorrichtung mit einem insgesamt mit Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Gehäuse. Das Gehäuse 2 hat ein Gehäuseoberteil 4 aus Metall, ein Gehäuseunterteil 6 aus Kunststoff, welches fluiddicht zur Ausformung einer Heizkammer 8 mit dem Gehäuseoberteil 4 verbunden ist und einen Gehäusedeckel 10, der fluiddicht mit dem Gehäuseoberteil 4 verbunden ist. Die Heizkammer ist in 3 mit Bezugszeichen 8 gekennzeichnet, wenngleich das Gehäuseunterteil 6 dort nicht dargestellt ist. Zwischen dem Gehäusedeckel 10 und einer mit Bezugszeichen 12 gekennzeichneten Trennwand bildet das Gehäuseoberteil 4 eine Anschlusskammer 14 aus. Die Trennwand 12 trennt die Anschlusskammer 14 vom der Heizkammer 8 ab.
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Das Gehäuseunterteil 6 bildet einen einteilig daran angeformten Einlassstutzen 16 und einen einteilig daran angeformten Auslassstutzen 18 aus. An diese Stutzen 16, 18 können Schläuche zum Führen des zu erwärmenden flüssigen Mediums angeschlossen werden.
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Die Stutzen 16, 18 münden in die Heizkammer 8. In diese Heizkammer 8 ragen Heizrippen 20 hinein. Jede Heizrippe 20 wird durch die Außenflächen einer in 4 mit Bezugszeichen 22 gekennzeichneten Aufnahmetasche gebildet, die zu der Heizkammer 8 hin geschlossen und zu der Anschlusskammer 14 hin offen ist.
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In jeder Aufnahmetasche 22 sind vorliegend zwei PTC-Heizeinrichtungen 24 vorgesehen. Jede PTC-Heizeinrichtung 24 hat einen Rahmen 26, der ein PTC-Element 28 in sich aufnimmt und zwei Leiterbahnen in Form von Kontaktblechen 30 zu einer Einheit fügt, die unmittelbar elektrisch leitend an Hauptseitenflächen des PTC-Elementes 28 anliegen und bis in die Anschlusskammer 14 hineinragende Kontaktzungen 32 ausbilden. Die Kontaktbleche 30 sind außenseitig mit einer Isolierlage 34, beispielsweise einer Aluminiumoxidplatte bzw. einer elektrisch isolierenden Folie, versehen. Dadurch werden die Kontaktbleche 30 isolierend in der Aufnahmetasche 22 abgestützt. Ein gut wärmeleitender Kontakt der Hauptseitenflächen des PTC- Elementes 28 kann beispielsweise durch Verkeilen des PTC-Elementes 28 zusammen mit den Kontaktblechen und den Isolierlagen 34 in der Aufnahmetasche 22 erfolgen; vergleiche die
DE 10 2019 216 481 A1 .
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In 4 ist seitlich neben den Aufnahmetaschen 22 eine Kühlfläche 36 erkennbar, die durch die Trennwand 12 ausgebildet ist und gegen welche Leistungsschalter 38 wärmeleitend angelegt sind. Diese Leistungsschalter 38 sind auf einer bestückten Steuerleiterplatte 40 montiert und unter Zwischenlage einer gut wärmeleitenden Isolationsfolie gegen die durch das Gehäuseoberteil 4 gebildete Kühlfläche 36 angelegt. Diese bestückte Steuerleiterplatte 40 bildet den wesentlichen Teil einer Steuervorrichtung 44 aus. Unterhalb der Kühlfläche 36 ragt eine durch das metallische Gehäuseunterteil 6 gebildete Kühlrippe 46 in die Heizammer 8.
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Die 1 und 2 lassen einen Leistungsstecker 50 mit einem Leistungssteckergehäuse 52 kennen. Dieser Leistungsstecker 50 hat zwei Leistungs-Steckelemente 54, die in der Anschlusskammer 14 freiliegen (vergleiche 4) und die männliche Steckkontaktzungen ausbilden. In dieser 4 ist mit Bezugszeichen 56 ein durch das Leistungssteckergehäuse 52 ausgebildeter Isoliersteg 56 gekennzeichnet, der sich zwischen den beiden Leistung-Steckelementen 54 erstreckt.
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Mit Bezugszeichen 58 ist in 1 ein Steuerstecker mit einem Steuersteckergehäuse 60 zu erkennen. Auch dieser Steuerstecker 58 hat nicht im Einzelnen dargestellte Steuerstecker-Steckelemente.
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Bezugszeichen 62 kennzeichnet in 4 eine Anschlussleiterplatte, die ersichtlich für die Leistungs-Steckelemente 54 Steckergegenelemente 64 in Form von weibliche Kontaktzungenaufnahmen ausbildet. Zwischen diesen Steckergegenelementen 64 ist eine Isolierstegaufnahme 66 für die Aufnahme des Isoliersteges 56 vorgesehen.
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Steckergegenelemente für die Steuerstecker-Steckelemente des Steuersteckers 58 sind durch Kontaktstifte 68 gebildet, die in einer isolierenden Stiftleiste 69 aufgenommen sind, die fest mit der Anschlussleiterplatte 62 verbunden ist. Die Steuerstecker-Steckelemente des Steuersteckers 58 sind danach mittelbar über die fest mit der Anschlussleiterplatte 62 verbundenen und darin elektrisch kontaktierten Kontaktstifte 68 elektrisch mit der Anschlussleiterplatte 62 steckkontaktiert.
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Die Anschlussleiterplatte 62 ist mit der bestückten Steuerleiterplatte 40 über einen Board-to-Board-Verbinder 70 elektrisch verbunden. Über diesen werden die Steuersignale von der Anschlussleiterplatte 62 auf die bestückte Leiterplatte 40 übertragen.
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Bezugszeichen 72 kennzeichnet einen anderen elektrischen Verbinder, der der Übertragung des Leistungsstromes zwischen der Steuerleiterplatte 40 und der Anschlussleiterplatte 62 dient. Dazu sind auf Seiten der Steuerleiterplatte 40 und der Anschlussleiterplatte 62 jeweils weibliche Steckelementaufnahmen 74 eingebracht, wie sie aus der
EP 2 236 330 A1 bekannt sind. Für jede Polarität sind zwei solcher Steckelementaufnahmen 74 vorgesehen. Die paarweise vorgesehenen Steckelementaufnahmen 74 sind jeweils mit einer U-förmig gebildeten Stromschiene 76 verbunden, deren Steckzungen 78 in die Steckelementaufnahmen 74 eingebracht und hierbei elektrisch leitend mit den Steckelementaufnahmen 74 verbunden sind. Die
5 zeigt eine Basis dieser Stromschienen 76, die jeweils die beiden Leiterplatten 40; 62 überbücken. Jede Stromschiene 76 ist aus einem Blech geschnitten, so dass jeweils zwei von einer rechteckigen Grundfläche des Blechs abragende Steckzungen 78 sich gegenüberliegen. Das Blech wird danach U-förmig gebogen, wodurch die Stromschiene 76 eine erhöhte Steifigkeit erhält. Das Biegen erfolgt so, dass sich nach dem Biegen die an einem Ende vorgesehenen Steckzungen 78 einander gegenüberliegen. Die Steckzungen 78 sind paarweise jeweils in der bestückten Leiterplatte 40 und der Anschlussleiterplatte 62 in entsprechenden Steckelementaufnahmen 74 steckkontaktiert.
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Bezugszeichen 80 kennzeichnet ein Verbindungsmodul, das zum elektrischen Anschluss der Kontaktzungen 32 vorgesehen ist und die einzelne Heizrippen 20 zu Heizkreisen gruppiert. Das Verbindungsmodul 80 ist zwischen den Heizrippen 20 und der Steuerleiterplatte 40, nicht aber unterhalb der Anschlussleiterplatte 62 vorgesehen, Zwischen der unbestückten Leiterplatte 80 und der Steuerleiterplatte 40 erstrecken sich Steckerzungen 82, die den einzelnen Heizkreisen der unbestückten Leiterplatte 80 zugeordnet und von einem Kunststoffmaterial umgeben sind, welches einen Kunststoffrahmen 84 der unbestückten Leiterplatte 80 ausgeformt, welche verschiedene Stromschienen der unbestückten Leiterplatte 80 zu einer Einheit fügt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Gehäuse
- 4
- Gehäuseoberteil
- 6
- Gehäuseunterteil
- 8
- Heizkammer
- 10
- Gehäusedeckel
- 12
- Trennwand
- 14
- Anschlusskammer
- 16
- Einlassstutzen
- 18
- Auslassstutzen
- 20
- Heizrippe
- 22
- Aufnahmetasche
- 24
- PTC-Heizeinrichtung
- 26
- Rahmen
- 28
- PTC-Element
- 30
- Kontaktblech
- 32
- Kontaktzungen
- 34
- Isolierlage
- 36
- Kühlfläche
- 38
- Leistungsschalter
- 40
- bestückte Steuerleiterplatte
- 44
- Steuervorrichtung
- 46
- Kühlrippe
- 50
- Leistungsstecker
- 52
- Leistungssteckergehäuse
- 54
- Leistungs-Steckelemente
- 56
- Isoliersteg
- 58
- Steuerstecker
- 60
- Steuersteckergehäuse
- 62
- Anschlussleiterplatte
- 64
- Steckergegenelemente
- 66
- Isolierstegaufnahme
- 68
- Steckergegenelemente
- 69
- Stiftleiste
- 70
- board-to-board-Verbinder
- 72
- Steckelement
- 74
- Steckelementaufnahme
- 76
- Stromschienen
- 78
- Steckzunge
- 80
- Verbindungsmodul
- 82
- Steckerzungen
- 84
- Kunststoffrahmen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202019005223 U1 [0002, 0007, 0009, 0014]
- EP 3334243 A1 [0002, 0006, 0009, 0013]
- EP 2236330 A1 [0016, 0028]
- DE 102019216481 A1 [0021]
