EP1164816B1 - Luftzuheizer - Google Patents

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EP1164816B1
EP1164816B1 EP01112177A EP01112177A EP1164816B1 EP 1164816 B1 EP1164816 B1 EP 1164816B1 EP 01112177 A EP01112177 A EP 01112177A EP 01112177 A EP01112177 A EP 01112177A EP 1164816 B1 EP1164816 B1 EP 1164816B1
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pads
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heating element
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Klaus Neckel
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BorgWarner Ludwigsburg GmbH
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Beru AG
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    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material
    • H05B3/50—Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material heating conductor arranged in metal tubes, the radiating surface having heat-conducting fins
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material

Definitions

  • the invention relates to an air heater according to the preamble of claim 1.
  • Air heater with PTC heating elements for example inserted into the air conditioning box of a motor vehicle, and which are switched with a semiconductor switch, are known.
  • the standardized HL switches are installed in their own housing, with the switches being arranged at a great spatial distance from the cooling medium.
  • the internal resistance of the HL switches creates power loss in the form of heat. It is common to pass this power loss into the medium that is to be heated by the heating element. Due to the large spatial distance, numerous material transitions occur over long transport distances, so that the overall heat transfer resistance is relatively large. For these reasons, high-performance HL switches must be used.
  • the object of the invention is to circumvent the disadvantages shown to provide air heaters in which the heat transfer resistance between the HL switch and the cooling medium is improved, ie reduced, with the aim of being able to use less powerful HL switches.
  • an HL switch chip 5 (only that Silicon platelets) used.
  • the chip 5 is on one good heat conductor 6 (preferably copper) applied. Of from there it is connected to the current output pad 2, the PTC elements (ceramics), which are the actual heating output provide, contacted; another connection is made on Control pad 7 and on the diagnostic pad 8, the connection preferably done in bond technique. All of these pads are good Heat conductor, preferably made of copper, to possibly over Dissipate the connecting cables well can.
  • the pads are placed on an electrically non-conductive Heat conductor 1, which is preferably made of ceramic, applied.
  • a contact material 3 is applied to the pads, which ensures that the thermal and electrical contact resistance to the contact strip 10, the battery exclusion leads, 11, which leads to the heating element, 13 (for control pad 7), 14 (for diagnostic pad 8) can be minimized according to.
  • FIG. 2 shown as a top view; here the training of the Current output pad 2 reproduced with contact material 3 lying on; the chip 5 is on the output pad 2, the control pad 7 and the diagnostic pad 8, which in turn are each covered with contact material 3.
  • Fig. 5 shows schematically an embodiment of a Air heater according to the invention again, the inventive modular unit within the aluminum tube 9 arranged at its connection-side area and directly connected to the adjacent PTC heating elements 15 is; the heating output of the HL switch module and PTC elements 15 is dissipated to the environment via fins 16.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Luftzuheizer gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Luftzuheizer mit PTC-Heizelementen, die beispielsweise in den Klimakasten eines Kraftfahrzeuges eingeschoben werden, und die mit einem Halbleiterschalter geschaltet werden, sind bekannt.
Die standardisierten HL-Schalter werden im eigenen Gehäuse verbaut, wobei die Schalter in großem räumlichem Abstand zum Kühlmedium angeordnet werden. Durch den Innenwiderstand der HL-Schalter entsteht Verlustleistung in Form von Wärme. Es ist üblich, diese Verlustleistung mit in das Medium zu leiten, welches durch das Heizelement aufgeheizt werden soll. Aufgrund des großen räumlichen Abstands treten zahlreiche Materialübergänge bei langen Transportdistanzen auf, so daß insgesamt der Wärmeübergangswiderstand relativ groß ist. Aus diesen Gründen müssen leistungsstarke HL-Schalter eingesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Umgehung der aufgezeigten Nachteile Luftzuheizer zur Verfügung zu stellen, bei denen der Wärmeübergangswiderstand zwischen HL-Schalter und Kühlmedium verbessert, d.h. erniedrigt wird, mit dem Ziel, leistungsschwächere HL-Schalter einsetzen zu können.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch den Luftzuheizer gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Luftzuheizer ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprüchen 2 bis 4.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt besteht darin, nicht einen standardisierten HL-Schalter in eigenem Gehäuse sondern nur den Schalter-Chip einzusetzen. Durch Plazierung dieses Chips (nur das Siliciumplättchen) direkt in das Heizelement kann die Verlustleistung direkt ins Kühlmedium abgegeben werden. Zusätzliche Wärmeleiter werden nicht benötigt. Die Montage ist einfach.
Darüber hinaus können leistungsschwächere HL-Schalter verwendet werden. Gleichzeitig wird die Verlustwärme des HL-Schalters komplett als Heizleistung an das zu heizende Medium (üblicherweise Luft) abgegeben.
Durch Integration des HL-Schalters direkt in der Wärmesenke des Heizelements wird der Wärmeübergang zwischen Schalter und Kühlmedium deutlich verringert, der Platzbedarf für die HL-Schalter deutlich reduziert und der mechanische Aufbau des Heizelements mit elektronischer Ansteuerung fertigungstechnisch und kostenmäßig günstiger gestaltet.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Fig. 1 bis 5 näher erläutert.
  • Hierbei ist Fig. 1 ein schematischer Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Baueinheit mit Trägermaterial, HL-Chip und Kontaktierflächen;
  • Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Baueinheit gemäß Fig. 1;
  • Fig. 3 ist ein schematischer Längsschnitt durch das Heizelement mit integrierter erfindungsgemäßer Baueinheit;
  • Fig. 4 ist eine Draufsicht auf die Baueinheit gemäß Fig. 2 mit aufgesetzten Kontaktierungen;
  • Fig. 5 ist ein schematischer Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftzuheizers.
    • Gemäß Fig. 1 und 2 wird ein HL-Schalter-Chip 5 (nur das Sili-ciumplättchen) eingesetzt. Der Chip 5 wird auf einen guten Wärmeleiter 6 (vorzugsweise Kupfer) aufgebracht. Von dort aus wird er am Stromausgangspad 2 angeschlossen, der die PTC-Elemente (Keramik), die die eigentliche Heizleistung erbringen, kontaktiert; ein weiterer Anschluß erfolgt am Steuerpad 7 und am Diagnosepad 8, wobei der Anschluß vorzugsweise in Bond-Technik erfolgt. Alle diese Pads sind gute Wärmeleiter, vorzugsweise aus Kupfer, um eventuell über Verbindungsleitungen eingeleitete Wärme gut abführen zu können.
    Die Pads werden auf einem elektrisch nicht leitendem Wärmeleiter 1, der vorzugsweise aus Keramik besteht, aufgebracht.
    Auf den Pads wird ein Kontaktwerkstoff 3 aufgebracht, der gewährleistet, daß der thermische und elektrische Übergangswiderstand zu den Kontaktstreifen 10, der zum Batterieauschluß führt, 11, der zum Heizelement führt, 13 (für Steuerpad 7), 14 (für Diagnosepad 8) gemäß minimiert werden.
    Gemäß Fig. 4 werden Kontaktstreifen 10, 11, 13, der als Steuerstreifen und 14, der als Diagnosestreifen ausgebildet ist, die aus einem guten Wärmeleiter, vorzugsweise Kupfer, gefertigt sind, über die Pads 2, 6, 7, 8 (siehe Fig. 2) gelegt.
    Diese modulartige Ausführung wird in Fig. 2 schematisch als Draufsicht dargestellt; hierbei wird die Ausbildung des Stromausgangspad 2 mit aufliegendem Kontaktwerkstoff 3 wiedergegeben; der Chip 5 ist an den Ausgangspad 2, den Steuerpad 7 und den Diagnosepad 8 angeschlossen, die ihrerseits jeweils mit Kontaktwerkstoff 3 belegt sind.
    Gemäß Fig. 3 sind auf dem Kontaktwerkstoff 3 über den Pads 2, 6, 7 und 8 die Kontaktstreifen 10, 11, 13, 14 aufgelegt, wobei die Montage des Moduls mittels eines Rahmens 12 erfolgt; hierbei wird deutlich, daß als nach oben abschliessende Bedeckung eine weitere elektrisch nicht leitende Wärmeleitschicht (Keramik) 15 auf den Kontaktstreifen 10/11, 13, 14 aufliegt. Die modulare Baueinheit wird schließlich in den Heizstab 9 eingebracht und verpreßt, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.
    In Fig. 4 wird schließlich als schematische Draufsicht die modulare Baueinheit mit aufgesetzten Kontaktierungen wiedergegeben, wobei die Bezugszeichen die zuvor gegebene Bedeutung besitzen.
    Fig. 5 gibt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftzuheizers wieder, wobei die erfindungsgemäße modulare Baueinheit innerhalb des Aluminiumrohres 9 an dessen anschlußseitigem Bereich angeordnet und unmittelbar mit den benachbarten PTC-Heizelementen 15 verbunden ist; die Heizleistung von HL-Schalter-Modul und PTC-Elementen 15 wird über Lamellen 16 an die Umgebung abgeführt.

    Claims (4)

    1. Luftzuheizer mit PTC-Heizelement mit Halbleiterschalter, dadurch gekennzeichnet, daß der gehäuselose Halbleiter-Chip (5) im Heizrohr (9) in unmittelbarer Nachbarschaft der PTC-Heizelemente (15) angeordnet ist.
    2. Luftzuheizer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit Halbleiter-Schalter-Chip (5), zugehörige Kontaktstreifen (10), (11), (13), (14), Stromausgangspad (2), Steuerpad (7) und Diagnosepad (8) sowie diese einschließende, elektrisch nicht leitende Wärmeleiter (1, 15) aufweist.
    3. Luftzuheizer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der HL-Schalter-Chip (5) gehäuselos auf einer wärmeleitenden Platte (6) aufgebracht ist; daß der Chip (5) am Stromausgangspad (2), am Steuerpad (7) und am Diagnosepad (8) vorzugsweise in Bond-Technik, angeschlossen ist, wobei die Pads auf einem elektrisch nicht leitendem Wärmeleiter (1), vorzugsweise aus Keramik, gelagert sind, wobei auf den Pads Kontaktwerkstoff (3) aufgebracht ist, auf dem die Kontaktstreifen (11) zum PTC-Heizelement, (10) zur Batterie, (13) des Steuerstreifens und (14) des Diagnosestreifens aufliegen.
    4. Modulare Baueinheit zur Schaltung von Luftzuheizern, gekennzeichnet dadurch, daß der HL-Schalter-Chip (5) gehäuselos auf einer wärmeleitenden Platte (6) aufgebracht ist; daß der Chip (5) am Stromausgangspad (2), am Steuerpad (7) und am Diagnosepad (8) vorzugsweise in Bond-Technik, angeschlossen ist, wobei die Pads auf einem elektrisch nicht leitendem Wärmeleiter (1), vorzugsweise aus Keramik, gelagert sind, wobei auf den Pads Kontaktwerkstoff (3) aufgebracht ist, auf dem die Kontaktstreifen (11) zum PTC-Heizelement, (10) zur Batterie, (13) des Steuerstreifens und (14) des Diagnosestreifens aufliegen.
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    EP1164816A2 EP1164816A2 (de) 2001-12-19
    EP1164816A3 EP1164816A3 (de) 2003-11-26
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    KR (1) KR100810036B1 (de)
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