DE202005020765U1

DE202005020765U1 - Vorrichtung zum Übertragen von Wärme von einem Heizelement auf Umgebungsluft

Info

Publication number: DE202005020765U1
Application number: DE202005020765U
Authority: DE
Original assignee: Stego Holding GmbH
Current assignee: Stego Holding GmbH
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2015-08-11

Abstract

Vorrichtung zum Übertragen von Wärme von einem Heizelement (10) auf Umgebungsluft, umfassend einen plastisch verformbaren Wärmetauscherkörper (20) mit einer ersten Oberfläche (22) zum Übertragen von Wärme auf Umgebungsluft und mit mindestens einer zweiten Oberfläche (25) zum Übertragen von Wärme vom Heizelement (10) auf den Wärmetauscherkörper (20), dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Oberfläche (25) gegenüber ein Andruckelement (26) zum Anpressen des Heizelementes (10) an die zweite Oberfläche (25) vorgesehen ist, das mit dem Tauscherkörper (20) über mindestens einen plastisch verformbaren Verbindungsabschnitt (30, 30') insbesondere einstückig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ubertragen von Wärme von einem Heizelement auf Umgebungsluft nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Widerstandsheizelemente, die bei hohen Temperaturen arbeiten, können aufgrund der hohen Temperaturdifferenz ihre Wärme direkt an Umgebungsluft abgeben. Wenn aber, z.B. aus Sicherheitsgründen, das Heizelement mit einer niedrigen Temperatur arbeiten soll, so werden hierzu relativ aufwändige Wärmetauscherkörper benötigt.
Ein Problem hierbei besteht darin, die vom Heizelement erzeugte Wärme an den Wärmetauscherkörper zu übertragen. Besonders dann, wenn die Heizelemente PTC-Widerstandselemente sind, muss ein guter Wärmeübergang gewährleistet sein, da diese selbstregelnden Heizelemente bei Erreichen einer Element-spezifischen Temperatur „abschalten". Wenn also der Wärmetauscherkörper keine hinreichend gute Wärmeabfuhr vom Heizelement gewährleistet, erreicht der Wärmetauscherkörper nicht die vorgesehene Temperatur, da das Heizelement vorher abschaltet. Ein weiteres Problem besteht in den Herstellungskosten. Derartige Vorrichtungen werden nämlich in hohen Stückzahlen gefertigt und der auf dem Markt akzeptierte Preis ist relativ niedrig.
Schließlich müssen derartige Vorrichtungen, die z.B. in Schaltschränken eingesetzt werden, um die darin enthaltene Elektronik auch bei niedrigen Außentemperaturen auf Betriebstemperatur zu halten, über viele Jahre hinweg im Dauerbetrieb zuverlässig arbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahin gehend aufzuzeigen, dass eine gute Wärmeübertragung bei geringen Herstellungskosten über lange Zeit hinweg sichergestellt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Übertragen von Wärme von einem Heizelement auf Umgebungsluft, umfassend einen plastisch verformbaren Wärmetauscherkörper mit einer ersten Oberfläche zum Übertragen von Wärme auf Umgebungsluft und mit mindestens einer zweiten Oberfläche zum Übertragen von Wärme vom Heizelement auf den Tauscherkörper dadurch gelöst, dass der zweiten Oberfläche gegenüber ein Andruckelement zum Anpressen des Heizelementes an die zweite Oberfläche vorgesehen ist, das mit dem Tauscherkörper über mindestens einen plastisch verformbaren Verbindungsabschnitt verbunden ist.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt somit darin, dass der dauerhafte Anpressdruck über plastisch verformtes Material stattfindet. Zum einen ist eine derartige plastische Verformung durch Pressen und Biegen herzustellen, zum anderen bleibt die Festigkeit der Verbindung dauerhaft aufrecht erhalten, während Federelemente zum einen schwieriger herzustellen, zum anderen schwieriger zu montieren sind.
Vorzugsweise sind zwei plastisch verformbare Verbindungsabschnitte im Wesentlichen symmetrisch zur zweiten Oberfläche ausgebildet, so dass das Heizelement in einfacher Weise gleichmäßig über seine gesamte Fläche angedrückt werden kann.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der mindestens ein Verbindungsabschnitt, vorzugsweise aber beide, ein vorgeformtes Knickelement mit einem Knickwinkel aufweist, der derart ausgebildet ist, dass der Knickwinkel bei Annäherung des Andruckelementes an die zweite Oberfläche verringert wird. Bei einem solchen Knickelement muss also zur Gewährleistung der plastischen Verformung eine nur relativ geringe Kraft aufgewendet werden, um diese plastische Verformung zu gewährleisten. Darüber hinaus kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass das Material sich an genau der Stelle verformt, die vom Konstrukteur gewünscht wird.
Das Knickelement kann vorteilhafterweise über Filmscharniere oder dergleichen Materialverjüngungen mit dem Tauscherkörper und/oder dem Andruckelement verbunden sein. Dadurch wird auf den Wärmetauscherkörper und das Andruckelement kein Biegemoment ausgeübt, so dass deren Verformung durch zusätzliche, den Anpressdruck nicht verstärkende Kräfte verhindert wird. Die Flächen, auf denen das Heizelement aufliegt, werden somit nicht gebogen, was den Wärmeübergang dauerhaft verbessert.
Vorzugsweise ist das Knickelement in eine Ausnehmung des Wärmetauscherkörpers hineinragend. Durch diese Konstruktionsweise ist sichergestellt, dass kein Konstruktionsteil über den Wärmetauscherkörper hinausragt, was den Einbau des Wärmetauscherkörpers erleichtert.
Vorzugsweise ist das Andruckelement im Wesentliche identisch zum Wärmetauscherkörper ausgebildet. Das Heizelement sitzt also zwischen zwei (identischen) Wärmetauscherkörpern, so dass eine optimale Wärmeabfuhr gewährleistet wird.
Der Wärmetauscherkörper, der Verbindungsabschnitt und das Andruckelement sind vorzugsweise einstückig miteinander ausgebildet. Dies ist am einfachsten durch Fertigung des Wärmetauscherkörpers als Strangpressteil insbesondere aus Aluminium zu gewährleisten. Die Fertigung kann in „Meterware" geschehen, so dass nur noch den zu montierenden Heizelementen entsprechend lange Stücke abgesägt werden müssen, was die Montage weiter erleichtert und den Preis weiter verringert.
Am Tauscherkörper sind vorzugsweise Pressabschnitte zum Ansetzen von Presswerkzeugen derart zur zweiten Oberfläche und zum Andruckelement in Richtung auf eine Außen seite des Wärmetauscherkörpers versetzt angeordnet, dass bei einem Andrücken der Presswerkzeuge und plastischer Verformung der Verbindungsabschnitte der Wärmetauscherkörper (nur) elastisch verformt wird. Der Druck zur Verformung wird also außerhalb des Bereiches des Heizelementes aufgebracht, so dass die notwendige, geringfügige Überdehnung der Verbindungselemente gefahrlos für das Heizelement erfolgen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Hierbei zeigen
1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Heizelement noch nicht eingeklemmt ist,
2 eine Draufsicht auf ein Heizelement, wie es bei der Ausführungsform nach 1 Verwendung findet,
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III aus 2,
4 die Ausführungsform der Erfindung nach 1 mit angesetzten Presswerkzeugen und
5 u. 6 schematisierte Darstellungen der Ausführungsform nach den 1–4 vor und nach der Verformung der Verbindungselemente.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Gemäß 1 umfasst dieses Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Heizelement 10, das in einem Wärmetauscherkörper 20 angeordnet ist. Der Wärmetauscherkörper 20 weist Rippen 21 auf, welche eine erste Oberfläche 22 bilden, die zum Austausch von Wärme zwischen dem Wärmetauscherkörper 20 oder der Umgebungsluft (oder einem anderem fluiden Medium) dient.
Im Inneren des Wärmetauscherkörpers 20 ist eine zweite Oberfläche 25 angeordnet, die einer Andruckfläche 27 gegenüberliegt. Diese Andruckfläche 27 wird von einem Andruckelement 26 gebildet, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel identisch zum Wärmetauscherkörper 20 gebildet ist, so dass diese beiden Teile (zumindest gedanklich) auch vertauscht werden können.
Die zweite Oberfläche 25 und die Andruckfläche 27 sind identisch geformt und derart ausgebildet, dass sie auf Oberflächen 11 und 12 des Heizelementes 10 vollflächig passen, so dass ein Rahmen 13 über die zweite Oberfläche 25 bzw. die Andruckfläche 27 hervorsteht. In diesem Bereich, also zwischen der zweiten Oberfläche 25 und der Andruckfläche 27 zu einer Außenseite des Wärmetauscherkörpers 20 hin gerichtet, sind Ausnehmungen 28 vorgesehen, in denen der Rahmen 13 des Heizkörpers 10 Platz findet. Über Anschlussfahnen 14 und 15 kann das Heizelement 10 mit elektrischem Strom versorgt werden.
Im Detail umfasst das Heizelement 10 PTC-Elemente, die auf ihren beiden Oberflächen mit Kontaktfolien belegt sind, welche die Anschlussfahnen 14, 15 beinhalten. Diese Kontaktfolien sind mit einer Isolierfolie (Kapton) abgedeckt. Man kann hierbei entweder das gesamte Heizelement 10 samt Rahmen 13 oder aber das beschriebene Sandwich-Element aus PTC-Element und Kontaktfolien in eine Kaptonfolie einwickeln und in den Rahmen 13 so hineindrücken, dass die in den 2 und 3 gezeigten Haltenasen dieses Gesamtelement halten. Zur Montage kann hier also eine Vorkonfektionierung erfolgen.
Der Wärmetauscherkörper 20 und das (identisch geformte) Andruckelement 26 sind über Verbindungsabschnitte 30, 30' miteinander verbunden. Diese Teile sind insgesamt als Strangpressprofil vorzugsweise aus Aluminium gefertigt.
Die Verbindungsabschnitte 30, 30' weisen einen V-förmigen Querschnitt auf, so dass ein knickendes Verbiegen bei Kräften senkrecht zur Oberfläche des Heizelementes 10 leicht zu bewerkstelligen ist. Insbesondere umfassen die Verbindungsabschnitte 30, 30' jeweils ein Knickelement 31, das über verdünnte Materialstellen, die wie Scharniere 32, 33 wirken, mit dem Wärmetauscherkörper 20 bzw. dem Andruckelement 26 verbunden ist.
Zwischen dem als Biegeelement 34 wirkenden innersten Teil des Verbindungsabschnitts 30 und den Scharnieren 32, 33 liegen relativ steife Verbindungsabschnitte 35, 36.
Um ein Heizelement 10 im Wärmetauscherkörper 20 so zu montieren, dass die zweite Oberfläche 25 und die Andruckfläche 27 fest auf den Oberflächen 11 und 12 des Heizelementes 10 anliegen, wird – wie in 4 gezeigt – mit Presswerkzeugen gearbeitet, die zwischen die Rippen 21 des Wärmetauscherkörpers 20 bzw. des Andruckelementes 26 eingreifen können. Werden diese Presswerkzeuge 40–43 aufeinander zubewegt, so liegen sie zunächst an Pressabschnitten 23, 24 jeweils zwischen zwei Rippen 21 bündig an. Beim weiteren Verfahren aufeinander zu nähern sich die zweite Oberfläche und die Andruckfläche 27 den Oberflächen 11 und 12 des Heizelementes, bis sie zur Auflage kommen. Dabei verbiegen sich die Knickelemente 31, wie dies schematisiert auch in den 5 und 6 dargestellt ist.
Um eine feste Anpressung zu erzielen, ist eine gewisse Überdehnung notwendig, da die Knickelemente 31 auch bei plastischer Verformung etwas zurückfedern. Durch die Distanz zwischen den Presswerkzeugen 40–45 und den auf das Heizelement 10 aufgesetzten Flächen 25 und den auf das Heizelement 10 aufgesetzten Flächen 25, 27 ist ein leichtes Verbiegen des Wärmetauscherkörpers 20 und des Andruckelementes 26 im Bereich der Ausnehmung 28 möglich, so dass das Heizelement 10 nicht mit einer übermäßigen Kraft beaufschlagt wird, die Knickelemente 31 jedoch etwas weiter zusammengedrückt werden können.
Durch die Vorformung der Knickelemente 31 (V- oder U-förmiger Querschnitt) ist eine präzise Verformung der Verbindungsabschnitte 30, 30' mit einfachen Mitteln möglich.
Alternativ (gegebenenfalls auch zusätzlich) zu den Presswerkzeugen 40–43, die senkrecht zur Oberfläche des Heizelementes 10 verfahren werden, ist es auch möglich, mit Presswerkzeugen 44, 45 (siehe 4) zu arbeiten, welche direkt in die Verbindungsabschnitte (30, 30') bzw. die Knickelemente 31 eingreifen und parallel zu den Oberflächen 11, 12 des Heizelementes 10 aufeinander zubewegt werden. Bei dieser Kraft-Beaufschlagung wird der Knickwinkel α (siehe 1) der Knickelemente 31 ebenfalls verringert, so dass die zweite Oberfläche 25 und die Andruckfläche 27 auf die Oberflächen 11 bzw. 12 des Heizelementes 10 aufgedrückt werden.

10: Heizelement
11: erste Oberfläche
12: zweite Oberfläche
13: Rahmen
14: Anschlussfahne
15: Anschlussfahne
20: Wärmetauscherkörper
21: Rippe
22: erste Oberfläche
23: erster Pressabschnitt
24: zweiter Pressabschnitt
25: zweite Oberfläche
26: Andruckelement
27: Andruckfläche
28: Ausnehmung
30, 30': Verbindungsabschnitt
31: Knickelement
32: Scharnier
33: Scharnier
34: Biegeelement
35: Verbindungsabschnitt
36: Verbindungsabschnitt
40–45: Presswerkzeug

Claims

Vorrichtung zum Übertragen von Wärme von einem Heizelement (10) auf Umgebungsluft, umfassend einen plastisch verformbaren Wärmetauscherkörper (20) mit einer ersten Oberfläche (22) zum Übertragen von Wärme auf Umgebungsluft und mit mindestens einer zweiten Oberfläche (25) zum Übertragen von Wärme vom Heizelement (10) auf den Wärmetauscherkörper (20), dadurch gekennzeichnet, dass der zweiten Oberfläche (25) gegenüber ein Andruckelement (26) zum Anpressen des Heizelementes (10) an die zweite Oberfläche (25) vorgesehen ist, das mit dem Tauscherkörper (20) über mindestens einen plastisch verformbaren Verbindungsabschnitt (30, 30') insbesondere einstückig verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verbindungsabschnitte (30, 30') im Wesentlichen symmetrisch zur zweiten Oberfläche (25) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsabschnitt (30, 30') ein vorgeformtes Knickelement (31) mit einem Knickwinkel (α) aufweist, das derart ausgebildet ist, dass der Knickwinkel (α) bei Annäherung des Andruckelementes (26) an die zweite Oberfläche (25) verringert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Knickelement (31) über Filmscharniere oder dergleichen Materialverjüngungen (32, 33) mit dem Wärmetauscherkörper (30) und/oder dem Andruckelement (26) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Knickelement (31) in einer Ausnehmung (28) des Wärmetauscherkörpers (20) hineinragt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Andruckelement (26) im Wesentlichen identisch zum Wärmetauscherkörper (20) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper (20), der Verbindungsabschnitt (30, 30') und das Andruckelement (2G) einstückig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscherkörper (20) als Strangpressteil insbesondere aus Aluminium ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Wärmetauscherkörper (20) Pressabschnitte (23, 24) zum Ansetzen von Presswerkzeugen (40–45) derart zur zweiten Oberfläche (25) und zum Andruckelement (26) in Richtung auf eine Außenseite des Wärmetauscherkörpers (20) versetzt angeordnet sind, dass bei einem Andrücken der Presswerkzeuge (40–45) und plastischer Verformung der Verbindungsabschnitte (30, 30') der Wärmetauscherkörper (20) vorzugsweise elastisch verformbar ist.