EP1847786A1 - Heizeinrichtung - Google Patents

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EP1847786A1
EP1847786A1 EP07106364A EP07106364A EP1847786A1 EP 1847786 A1 EP1847786 A1 EP 1847786A1 EP 07106364 A EP07106364 A EP 07106364A EP 07106364 A EP07106364 A EP 07106364A EP 1847786 A1 EP1847786 A1 EP 1847786A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
frame
heating
exchanger body
heating element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP07106364A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1847786B1 (de
Inventor
Hartmut Eisenhauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stego Holding GmbH
Original Assignee
Stego Holding GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stego Holding GmbH filed Critical Stego Holding GmbH
Priority to PL07106364T priority Critical patent/PL1847786T3/pl
Publication of EP1847786A1 publication Critical patent/EP1847786A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1847786B1 publication Critical patent/EP1847786B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/002—Air heaters using electric energy supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1854—Arrangement or mounting of grates or heating means for air heaters
    • F24H9/1863—Arrangement or mounting of electric heating means
    • F24H9/1872—PTC
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • 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
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • 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
    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the invention relates to a heating device according to the preamble of claim 1.
  • Such heaters include a heat exchanger body and resistance heaters disposed in a receiving cavity of the heat exchanger body, surfaces of the receiving cavity being pressed against surfaces of the resistance heaters to ensure good heat transfer.
  • These heaters are widely used, e.g. In control cabinets, to keep the electronics contained therein at low outside temperatures to operating temperature. They are manufactured with different heat outputs in high quantities. The price accepted in the market is relatively low. Different heat outputs but mean an adapted number of resistive elements, so that for each required heat output and a customized heat exchanger body must be provided.
  • the invention is based on the object to produce heaters of the type mentioned for different thermal outputs with simplified production and low cost.
  • a heating device comprising at least one heating element, in particular at least one PTC element, with power supply means and isolators, a heat exchanger body having a first surface for delivering heat to an environment and having a receiving cavity for receiving the heating element, wherein the heating element is arranged in heat-conducting connection to the heat exchanger body in the receiving cavity, achieved in that the heating element is arranged in a frame as a separately manageable component and the frame together with the heating element in the receiving cavity for mounting the heater can be inserted.
  • An essential point of the invention thus lies in the fact that a single heat exchanger body can be used for required different heat outputs, since a corresponding number of heating elements can be introduced into a predetermined frame before assembly depending on the power requirement, whereby effort and storage can be reduced.
  • a symmetrical arrangement ensures a uniform pressure.
  • an essential point of the invention is that during assembly, the heating element or a group of heating elements is much easier to mount in the heat exchanger body, since the frame facilitates handling.
  • the frame has separating means, in particular spacers or windows, which are designed such that a plurality of heating elements can be fixed in the frame separately from one another, preferably equidistantly.
  • separating means in particular spacers or windows, which are designed such that a plurality of heating elements can be fixed in the frame separately from one another, preferably equidistantly.
  • the power supply means comprise plate-shaped electrodes, which are fixable to the frame, including the heating element or the heating elements. These ensure good heat transfer and also good electrical contact and are easy to handle during production. Furthermore, the frame again proves to be of great advantage, because again only a single part, namely the frame together with the electrodes fixed thereto must be inserted into the heat exchanger body.
  • the frame preferably has angle pieces and latching hooks for fixing the electrodes.
  • the frame comprises first guide means and the heat exchanger body second guide means formed cooperatively so that the frame is insertable with the heating element or the heating elements in a defined position in the receiving cavity.
  • first guide means and the heat exchanger body second guide means formed cooperatively so that the frame is insertable with the heating element or the heating elements in a defined position in the receiving cavity.
  • the frame has third guide means, which are designed such that the insulating means covering the power supply means, in particular an insulating foil, e.g. made of polyimide, can be fixed to the frame in a specific position.
  • the insulating means covering the power supply means in particular an insulating foil, e.g. made of polyimide, can be fixed to the frame in a specific position.
  • the third guide means allow an exact alignment of the insulating means prior to introduction into the receiving cavity. Covering the power supply means with an insulating film is particularly advantageous because this process can be done easily and quickly, especially if the insulating film is in one piece and is wrapped around the power supply devices.
  • the heat exchanger body is formed so plastically deformable that the receiving cavity for fixed connection of the heat exchanger body with the heating element or the heating elements is eingbar.
  • a plastic deformation is to be made by pressing and bending, wherein the connection is permanently maintained when the elements provided for the deformation overstretched or be biased so that a sufficient spring action is maintained even when a warming of the heat exchanger body.
  • a heat exchanger body having a predetermined wall thickness which has a second surface for transferring heat from the heating element or from the heating elements to the heat exchanger body, wherein the second surface opposite to a pressing element for pressing the heating elements is provided to the second surface and at in that the pressure element is in particular integrally connected to the heat exchanger body on the one and the other outer side of the heat exchanger body via a plastically deformable connecting portion such that the wall thickness between the second surface and the pressure element to one and the other outside of the heat exchanger body decreases, thereby preventing that the surfaces on which the heating elements or the rest, are bent, which improves the heat transfer permanently.
  • the heating device has a heat exchanger body 200 with a heating unit, which in particular has PTC elements, in a receiving cavity 20 of the heat exchanger body 200, 26.
  • the receiving cavity 20 is closed at both ends with a respective plastic molded part 11, wherein the leads 12, 13 for current supply devices are led out through the one at one end.
  • the heating unit 100 comprises a plurality of heating elements 1, but at least one PTC element, which are arranged in a frame 2, in particular made of plastic, and between plate-shaped electrodes 3, in particular made of aluminum. Via terminal lugs 4.5 of the plate-shaped electrodes 3, the heating elements 1 are supplied with power.
  • the frame 2 has, as shown in Fig. 3 in detail removed, a rectangular or square base and has on two opposite sides in each case a first guide means 6, which is formed on the frame in the form of strips. As part of 2 are provided over the length of the frame 2 extending separating means 7, esp. Spacers or windows, with which a heating element or a plurality of heating elements 1 are separated from each other, preferably equidistantly, in the frame 2 can be fixed. In the areas between the molded strips 6 and the separating means 7 are on the one hand on each side and the edge of the frame 2 angle pieces 8 in the form of rectangular elevations and on the other on each side between the rectangular elevations two spaced detent hooks 9 are provided. With the latching hooks 9, the plate-shaped electrodes 3 are held, the angle pieces 8 fix them in a predetermined position.
  • FIG. 2 shows the assembled heating unit 100 with the electrodes 3 inserted into the latching hooks 9 and fixed in position by the angle pieces 8 with the connection lugs 4, 5 and the heating elements 1 inserted between the electrodes 3.
  • the electrodes 3 are covered with insulating means 10 (see Fig. 6).
  • the inner sides of the strips 6 form the third guide means 14 for positioning and fixing the insulation means 10 in or on the frame 2. For assembly, therefore, a pre-assembly can take place here.
  • the heat exchanger body 200 has fins 21 which define a first surface 22 for exchanging heat between the heat exchanger body 200 and the ambient air or other fluid medium.
  • a second surface 25 is arranged, which faces a pressure surface 27.
  • This pressure surface 27 is formed by a pressure element 26, which is identical to the heat exchanger body 200 is formed in the present embodiment, so that these two parts -at least mentally, can also be reversed; the heating unit thus sits between two identical heat exchanger bodies 200, 26, so that optimum heat dissipation is ensured.
  • the heating unit 100 which is surrounded on both sides by the insulating device 10, is located between the second surface 25 and the contact surface 27 after insertion into the receiving cavity 20.
  • the second surface 25 and the pressure surface 27 are identically shaped and designed such that they fully fit on surfaces of the heating unit 100, so that the strips or first guide means 6 of the frame 2 project beyond the second surface 25 and the pressure surface 27.
  • recesses 28 are provided, in which the strips or first guide means 6 of the frame 2 of the heating unit 100 find place.
  • the recesses 28 are provided in the receiving cavity 20 projecting further ribs 29 as a second guide means 29 which cooperate with the first guide means 6 of the frame 2 such that the heating unit 100 can be inserted into a defined position in the receiving cavity 20.
  • the further ribs 29 each have an area of their frame which results between the latching hooks 9 and the angle pieces 8 and the strips 6.
  • the wall thickness in the region between the second surface 25 and the further rib 29 is smaller than the wall thickness in the region of the second surface 25 and the wall thickness in the region between the further rib 29 and the outside of the heat exchanger body 200 again smaller as the wall thickness in the region between the second surface 25 and the further rib 29, so that the wall thickness of the heat exchanger body 200 decreases from the second surface 25.
  • the heat exchanger body 200 and the identically shaped pressure element 26 are connected to one another via connecting sections 30, 30 '.
  • the heat exchanger body 200, the connecting portions 30,30 'and the pressure element 26 are integrally formed in the embodiment. This is easiest to ensure by production of the heat exchanger body 200,26 extruded part, in particular made of aluminum. The production can be done in "meterware", so that only the heating units to be mounted correspondingly long pieces must be sawn off, which further facilitates the assembly and further reduces the price.
  • the connecting portions 30, 30 ' have a V-shaped cross section, so that buckling bending at forces perpendicular to the surface of the heating unit 100 is easy to accomplish.
  • the connecting sections 30, 30 'each comprise a buckling element 31, which is connected to the heat exchanger body 200 or the pressure element 26 via thinned material points which act like hinges 32, 33.
  • buckling elements only a relatively small force must be used to ensure plastic deformation in order to ensure plastic deformation.
  • it can be ensured in this way that the material deforms in exactly the place that is desired by the designer.
  • connecting portion 30 acting as the bending element 34 and the hinges 32, 33 are relatively stiff connecting portions 35, 36.
  • the heat exchanger body 200 according to the second embodiment and FIG. 5 differs in its embodiment from that according to the first embodiment in that no further ribs 29 are provided in the recesses 28. Otherwise, the reference numerals in Fig. 5 refer to the same and like-acting parts as in the first embodiment. A decreasing wall thickness in the region between the second surface 25 and the outside of the heat exchanger body 200 may also be advantageous in this embodiment.
  • the latching hooks 9 and the angle pieces 8 are arranged on the edge of the frame 2, in which the electrodes and the insulating means or only the electrodes are fixed and fixed.
  • the reference numerals in Fig. 6 refer to the same and like-acting parts as in the first embodiment.
  • FIG. 4 and FIG. 7 which has a heater with a Heat exchanger body and a heating unit respectively according to the second embodiment shows, worked with pressing tools 40,42, which can attack 26 in the region of the recesses 28 on the surface 22 of the heat exchanger body 200 and on the corresponding surface of the pressure element 26.
  • the pressure for deformation is thus applied outside the region of the heating unit 100, so that the necessary, slight overstretching of the connecting portions 30, 30 'can be carried out safely for the heating unit 100.
  • a certain overstretching is in fact necessary because the buckling elements 31 can spring back somewhat even with plastic deformation and thus a sufficient spring action is maintained even with a heating of the heat exchanger body 200,26.
  • the bending elements 31 bend, as shown schematically in FIGS. 8 and 9.
  • the heat exchanger body 200 and the pressure element 26 in particular in a configuration with decreasing wall thickness no bending moment is exerted, so that their deformation is prevented by additional, non-reinforcing the contact forces.
  • the surfaces on which the heating unit 100 rests are thus not bent, which permanently improves the heat transfer.
  • pressing tools 40-43 which are moved perpendicular to the surface of the heating unit 100
  • pressing tools 44, 45 see FIG. 4, or FIG the connecting portions 30, 30 'or the buckling elements 31 engage and are moved toward one another parallel to the surfaces of the heating unit 100.
  • the bending angle ⁇ see Fig. 4, and Fig. 5
  • the buckling elements 31 also is reduced, so that the second surface 25 and the pressing surface 27 are pressed onto the surfaces of the heating unit 10.
  • the heating device thus produced with a heat exchanger body 200, 26 and a heating unit 100, respectively according to the first embodiment, in the receiving cavity 20, the heating unit 100, wherein the electrodes 3 are covered with an insulating device 10, in particular with an insulating film, and the receiving cavity 20 at both ends closing plastic moldings 11.
  • an insulating device 10 in particular with an insulating film
  • the plastic molded parts 11, which close the receiving cavity 20, can thus simultaneously serve to keep the heating unit 100 in the adjusted position before the deformation process or during the deformation.
  • Each of the described heating units 100 may be introduced into one or the other of the described heat exchanger bodies 200, 26.

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Abstract

Bei einer Heizeinrichtung, die mindestens ein Heizelement mit Stromzufuhreinrichtungen und Isoliereinrichtungen und einen Wärmetauscherkörper aufweist, bei der das Heizelement in wärmeleitender Verbindung zum Wärmetauscherkörper im Aufnahmehohlraum angeordnet ist, wird das Heizelement in einem Rahmen als gesondert handhabbares Bauteil angeordnet und im Rahmen mitsamt dem Heizelement in den Aufnahmehohlraum zur Montage der Heizeinrichtung eingebracht. Dadurch wird es möglich, mit einem einzigen Wärmetauscherkörper bei vereinfachter Fertigung und mit geringeren Kosten derartige Heizeinrichtungen für unterschiedliche Wärmeleistungen herzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Derartige Heizeinrichtungen weisen einen Wärmetauscherkörper und in einem Aufnahmehohlraum des Wärmetauscherkörpers angeordnete Widerstandsheizelemente auf, wobei Oberflächen des Aufnahmehohlraumes an Oberflächen der Widerstandsheizelemente angepresst werden, um eine gute Wärmeübertragung zu gewährleisten. Diese Heizeinrichtungen werden vielfältig eingesetzt, so z.B. in Schaltschränken, um die darin enthaltene Elektronik auch bei niedrigen Außentemperaturen auf Betriebstemperatur zu halten. Sie werden mit unterschiedlichen Wärmeleistungen in hohen Stückzahlen gefertigt. Der auf dem Markt akzeptierte Preis ist relativ niedrig. Unterschiedliche Wärmeleistungen bedeuten aber eine angepasste Anzahl von Widerstandselementen, so dass für jede geforderte Wärmeleistung auch ein angepasster Wärmetauscherkörper bereitgestellt werden muss.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Heizeinrichtungen der eingangs genannten Art für unterschiedliche Wärmeleistungen bei vereinfachter Fertigung und mit geringen Kosten herzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung nach Patentanspruch 1 gelöst.
  • Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Heizeinrichtung, umfassend mindestens ein Heizelement, insbesondere mindestens ein PTC-Element, mit Stromzufuhreinrichtungen und Isoliereinrichtungen, einen Wärmetauscherkörper mit einer ersten Oberfläche zur Abgabe von Wärme an eine Umgebung und mit einem Aufnahmehohlraum zur Aufnahme des Heizelements, wobei das Heizelement in wärmeleitender Verbindung zum Wärmetauscherkörper im Aufnahmehohlraum angeordnet ist, dadurch gelöst, dass das Heizelement in einem Rahmen als gesondert handhabbares Bauteil angeordnet und der Rahmen mitsamt dem Heizelement in den Aufnahmehohlraum zur Montage der Heizeinrichtung einschiebbar ist.
  • Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt somit darin, dass für geforderte unterschiedliche Heizleistungen ein einziger Wärmetauscherkörper einsetzbar ist, da in einen vorgegebenen Rahmen vor der Montage je nach Leistungsbedarf eine entsprechende Anzahl von Heizelementen eingebracht werden kann, wodurch Aufwand und Lagerhaltung reduziert werden können. Außerdem gewährleistet eine symmetrische Anordnung eine gleichmäßige Pressung. Weiterhin liegt ein wesentlicher Punkt der Erfindung darin, dass beim Zusammenbau das Heizelement oder eine Gruppe von Heizelementen sehr viel leichter im Wärmetauscherkörper montierbar ist, da der Rahmen die Handhabung erleichtert.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der der Rahmen Separierungseinrichtungen, insbesondere Abstandshalter oder Fenster aufweist, die derart ausgebildet sind, dass mehrere Heizelemente getrennt voneinander, vorzugsweise äquidistant, im Rahmen fixierbar sind. Damit wird eine einfache Anordnung, im Bedarfsfall auch eine symmetrische Anordnung und Ausrichtung der Heizelemente erreicht.
  • Vorzugsweise umfassen die Stromzufuhreinrichtungen plattenförmige Elektroden, die am Rahmen unter Einschluss des Heizelementes oder der Heizelemente fixierbar sind. Diese sorgen für einen guten Wärmeübergang und auch für einen guten elektrischen Kontakt und sind bei der Fertigung einfach zu handhaben. Weiterhin erweist sich der Rahmen auch hier wieder von großem Vorteil, weil wiederum nur ein einziges Teil, nämlich der Rahmen mitsamt den daran fixierten Elektroden in den Wärmetauscherkörper eingesetzt werden muss.
  • Der Rahmen weist vorzugsweise Winkelstücke und Rasthaken zum Fixieren der Elektroden auf. Dadurch ist eine einfache Konfektionierung möglich, weil nach dem Anordnen der einen Elektrode die Heizelemente eingelegt werden können und danach die andere Elektrode aufgebracht wird.
  • Vorzugsweise weist der Rahmen erste Führungseinrichtungen und der Wärmetauscherkörper zweite Führungseinrichtungen auf, die derart zusammenwirkend ausgebildet sind, dass der Rahmen mit dem Heizelement oder den Heizelemente in eine definierte Position in den Aufnahmehohlraum einsetzbar ist. Damit ist sichergestellt, dass der Rahmen mitsamt dem Heizelement oder den Heizelementen insbesondere bei einer Massenfertigung schnell und genau positioniert in den Aufnahmehohlraum gebracht werden kann. Die genaue Positionierung ist auch für die Pressung wegen einer gleichmäßigen Druckverteilung von Vorteil.
  • Vorzugsweise weist der Rahmen dritte Führungseinrichtungen auf, die derart ausgebildet sind, dass die die Stromzufuhreinrichtungen überdeckenden Isoliereinrichtungen, insbesondere eine Isolierfolie, z.B. aus Polyimid, am Rahmen in einer bestimmten Position fixierbar ist.
  • Nachdem bei der Vorfertigung in den Rahmen die Heizelemente und die Elektroden eingelegt und fixiert sind, erlauben die dritten Führungseinrichtungen eine exakte Ausrichtung der Isoliereinrichtungen vor dem Einbringen in den Aufnahmehohlraum. Das Überdecken der Stromzufuhreinrichtungen mit einer Isolierfolie ist besonders von Vorteil, weil dieser Vorgang ohne großen Aufwand und schnell erfolgen kann, insbesondere dann, wenn die Isolierfolie aus einem Stück ist und um die Stromzufuhreinrichtungen herumgelegt wird.
  • Vorzugsweise ist der Wärmetauscherkörper derart plastisch verformbar ausgebildet, dass der Aufnahmehohlraum zur festen Verbindung des Wärmetauscherkörpers mit dem Heizelement oder den Heizelementen einengbar ist. Eine derartige plastische Verformung ist durch Pressen und Biegen herzustellen, wobei die Verbindung dauerhaft aufrecht erhalten bleibt, wenn die für die Verformung vorgesehen Elemente überdehnt oder vorgespannt werden, damit auch bei einer Erwärmung des Wärmetauscherkörper eine ausreichende Federwirkung erhalten bleibt.
  • Von Vorteil ist bei einem Wämetauscherkörper mit einer vorbestimmten Wandstärke, der eine zweite Oberfläche zum Übertragen von Wärme vom Heizelement oder von den Heizelementen auf den Wämetauscherkörper aufweist, bei dem der zweiten Oberfläche gegenüber ein Andruckelement zum Anpressen der Heizelemente an die zweite Oberfläche vorgesehen ist und bei dem das Andruckelement mit dem Wämetauscherkörper an der einen und der anderen Außenseite des Wärmetauscherkörper über je einen plastisch verformbaren Verbindungsabschnitt insbesondere einstückig verbunden ist, dass die Wandstärke zwischen der zweiten Oberfläche und dem Andruckelement zur einen und zur anderen Außenseite des Wärmetauscherkörpers abnimmt, wodurch verhindert wird, dass die Flächen, auf denen das oder die Heizelemente aufliegen, verbogen werden, was den Wärmeübergang dauerhaft verbessert.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen
    • - Fig. 1
    eine perspektivische Skizze einer Heizeinrichtung mit einem Wärmetauscherkörper gemäß einer ersten Ausführungsform;
    - Fig. 2
    eine Draufsicht auf eine Heizeinheit gemäß einer ersten Ausführungsform, sowie einen Schnitt entlang der Linie A-A;
    - Fig. 3
    Draufsichten, Ansichten und Schnitte A-A, B-B und C-C eines Rahmens in der Heizeinheit als Bauteil, wie er bei der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 Verwendung findet;
    - Fig. 4
    ein Kühlkörperprofil des Wärmetauscherkörpers gemäß der ersten Ausführungsform;
    - Fig. 5
    ein Kühlkörperprofil eines Wärmetauscherkörpers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    - Fig. 6
    eine Draufsicht auf eine Heizeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform, sowie einen Schnitt entlang der Linie A-A;
    - Fig. 7
    eine Heizeinrichtung mit einem Wärmetauscherkörper gemäß der zweiten Ausführungsform und einer Heizeinheit gemäß der zweiten Ausführungsform mit angesetzten Presswerkzeugen;
    - Fig. 8 u. 9
    schematisierte Darstellungen der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 4, sowie nach den Fig. 5 und 7 vor und nach der Verformung der Verbindungselemente und
    - Fig. 10
    die gefertigte Heizeinrichtung mit dem Wärmetauscherkörper gemäß der ersten Ausführungsform und mit der Heizeinheit in Schnitten A-A und B-B nach der ersten Ausführungsform.
  • In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
  • Gemäß Fig. 1 weist die Heizeinrichtung einen Wärmetauscherkörper 200 mit einer Heizeinheit, die insbesondere PTC-Elemente aufweist, in einem Aufnahmehohlraum 20 des Wärmetauscherkörpers 200,26 auf. Der Aufnahmehohlraum 20 ist an beiden Enden mit je einem Kunststoff-Formteil 11 verschlossen, wobei durch das eine an einem Ende die Leitungen 12,13 für Stromzufuhreinrichtungen nach außen geführt sind.
  • Die Heizeinheit 100 nach Fig. 2 umfasst mehrere Heizelemente 1, mindestens jedoch ein PTC-Element, die in einem Rahmen 2, insbesondere aus Kunststoff, und die zwischen plattenförmigen Elektroden 3, insbesondere aus Aluminium, angeordnet sind. Über Anschlussfahnen 4,5 der plattenförmigen Elektroden 3 werden die Heizelemente 1 mit Strom versorgt.
  • Der Rahmen 2 hat, wie der Fig. 3 im Detail entnehmbar, eine rechteckige oder quadratische Grundfläche und weist an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils eine erste Führungseinrichtung 6 auf, die am Rahmen in Form von Leisten ausgebildet ist. Im Rahmen 2 sind über die Länge des Rahmens 2 sich erstreckende Separierungseinrichtungen 7, insbes. Abstandshalter oder Fenster vorgesehen, mit denen ein Heizelement oder mehrere Heizelemente 1 getrennt voneinander, vorzugsweise äquidistant, im Rahmen 2 fixierbar sind. In den Bereichen zwischen den angeformten Leisten 6 und den Separierungseinrichtungen 7 sind zum einen auf jeder Seite und am Rand des Rahmens 2 Winkelstücke 8 in Form rechtwinkliger Erhebungen und zum anderen auf jeder Seite zwischen den rechtwinkligen Erhebungen jeweils zwei voneinander beabstandete Rasthaken 9 vorgesehen. Mit den Rasthaken 9 werden die plattenförmigen Elektroden 3 gehalten, wobei die Winkelstücke 8 diese in einer vorbestimmten Position fixieren.
  • Die Fig. 2 zeigt die zusammengebaute Heizeinheit 100 mit den in die Rasthaken 9 eingesetzten und durch die Winkelstücke 8 in der Position fixierten Elektroden 3 mit den Anschlussfahnen 4,5 und den zwischen den Elektroden 3 eingesetzten Heizelementen 1. Vor dem Einsetzen der Heizeinheit 1 in den Aufnahmehohlraum 20 werden die Elektroden 3 mit Isoliereinrichtungen 10 (siehe Fig. 6) abgedeckt. Die Innenseiten der Leisten 6 bilden die dritten Führungseinrichtungen 14 zum Positionieren und Fixieren der Isoliereinrichtungen 10 im bzw. am Rahmen 2. Zur Montage kann hier also eine Vorkonfektionierung erfolgen.
  • Gemäß Fig. 4 weist der Wärmetauscherkörper 200 Rippen 21 auf, welche eine erste Oberfläche 22 bilden, die zum Austausch von Wärme zwischen dem Wärmetauscherkörper 200 und der Umgebungsluft oder einem anderem fluiden Medium dient.
  • Im Inneren des Wärmetauscherkörpers 200 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 200 gebildet ist, so dass diese beiden Teile -zumindest gedanklichauch vertauscht werden können; die Heizeinheit sitzt also zwischen zwei identischen Wärmetauscherkörpern 200,26, so dass eine optimale Wärmeabfuhr gewährleistet wird.
  • Die beidseitig mit der Isoliereinrichtung 10 umgebene Heizeinheit 100 befindet sich nach dem Einsetzen in den Aufnahmehohlraum 20 zwischen der zweiten Oberfläche 25 und der Andruckfläche 27.
  • Die zweite Oberfläche 25 und die Andruckfläche 27 sind identisch geformt und derart ausgebildet, dass sie auf Oberflächen der Heizeinheit 100 vollflächig passen, so dass die Leisten oder ersten Führungseinrichtungen 6 des Rahmens 2 über die zweite Oberfläche 25 bzw. die Andruckfläche 27 hervorstehen. In diesem Bereich, also zwischen der zweiten Oberfläche 25 und der Andruckfläche 27 zu einer Außenseite des Wärmetauscherkörpers 200 hin gerichtet, sind Ausnehmungen 28 vorgesehen, in denen die Leisten oder ersten Führungseinrichtungen 6 des Rahmens 2 der Heizeinheit 100 Platz finden. In den Ausnehmungen 28 sind in den Aufnahmehohlraum 20 ragende weitere Rippen 29 als zweite Führungseinrichtungen 29 vorgesehen, die mit den ersten Führungseinrichtungen 6 des Rahmens 2 derart zusammenwirken, daß die Heizeinheit 100 in eine definierte Position in den Aufnahmehohlraum 20 einsetzbar ist. Dabei weisen die weiteren Rippen 29 beim Einsatz einer Heizeinheit gemäß der ersten Ausführungsform jeweils in einen Bereich ihres Rahmens, der sich zwischen den Rasthaken 9 sowie den Winkelstücken 8 und den Leisten 6 ergibt.
  • Möglich wäre es bei entsprechender Ausbildung der Ausnehmungen 28 und des Rahmens 2, dass nach dem Einbringen der Heizeinheit 100 die weiteren Rippen 29 auch außerhalb des Rahmens angeordnet sind.
  • Beim Wärmetauscherkörper 200 gemäß der ersten Ausführungsform ist die Wandstärke im Bereich zwischen der zweiten Oberfläche 25 und der weiteren Rippe 29 kleiner als die Wandstärke im Bereich der zweiten Oberfläche 25 und die Wandstärke im Bereich zwischen der weiteren Rippe 29 und der Außenseite des Wärmetauscherkörpers 200 wiederum kleiner als die Wandstärke im Bereich zwischen der zweiten Oberfläche 25 und der weiteren Rippe 29, so dass die Wandstärke des Wärmetauscherkörpers 200 ab der zweiten Oberfläche 25 abnimmt.
  • Der Wärmetauscherkörper 200 und das identisch geformte Andruckelement 26 sind über Verbindungsabschnitte 30, 30' miteinander verbunden. Der Wärmetauscherkörper 200, die Verbindungsabschnitte 30,30' und das Andruckelement 26 sind im Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet. Dies ist am einfachsten durch Fertigung des Wärmetauscherkörpers 200,26 als Strangpressteil insbesondere aus Aluminium zu gewährleisten. Die Fertigung kann in "Meterware" geschehen, so dass nur noch den zu montierenden Heizeinheiten entsprechend lange Stücke abgesägt werden müssen, was die Montage weiter erleichtert und den Preis weiter verringert.
  • Die Verbindungsabschnitte 30, 30' weisen einen V-förmigen Querschnitt auf, so dass ein knickendes Verbiegen bei Kräften senkrecht zur Oberfläche der Heizeinheit 100 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 200 bzw. dem Andruckelement 26 verbunden ist. Bei derartigen Knickelementen muss zu Gewährleistung der plastischen Verformung nur eine 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.
  • Zwischen dem als Biegeelement 34 wirkenden innersten Teil des Verbindungsabschnitts 30 und den Scharnieren 32, 33 liegen relativ steife Verbindungsabschnitte 35, 36.
  • Der Wärmetauscherkörper 200 gemäß der zweiten Ausführungsform und Fig. 5 unterscheidet sich in seiner Ausgestaltung von dem gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass in den Ausnehmungen 28 keine weiteren Rippen 29 vorgesehen sind. Ansonsten beziehen sich die Bezugszeichen in der Fig. 5 auf gleiche und gleich wirkende Teile wie in der ersten Ausführungsform. Eine abnehmende Wandstärke im Bereich zwischen der zweiten Oberfläche 25 und der Außenseite des Wärmetauscherkörpers 200 kann auch bei dieser Ausführungsform von Vorteil sein.
  • Bei der Heizeinheit 100 gemäß der zweiten Ausführungsform und Fig. 6 sind im Gegensatz zur ersten Ausführungsform die Rasthaken 9 und die Winkelstücke 8 am Rand des Rahmens 2 angeordnet, in denen die Elektroden und die Isoliereinrichtungen oder nur die Elektroden befestigt und fixiert werden. Auch hier beziehen sich die Bezugszeichen in der Fig. 6 auf gleiche und gleich wirkende Teile wie in der ersten Ausführungsform.
  • Um die Heizeinheit 100 im Wärmetauscherkörper 200,26 so zu montieren, dass die zweite Oberfläche 25 und die Andruckfläche 27 fest auf den Oberflächen der Heizeinheit 100 anliegen, wird gemäß Fig. 4 und gemäß Fig. 7, die eine Heizeinrichtung mit einem Wärmetauscherkörper und einer Heizeinheit jeweils nach der zweiten Ausführungsform zeigt, mit Presswerkzeugen 40,42 gearbeitet, die im Bereich der Ausnehmungen 28 auf die Oberfläche 22 des Wärmetauscherkörpers 200 bzw. auf die entsprechende Oberfläche des Andruckelementes 26 angreifen können. Der Druck zur Verformung wird also außerhalb des Bereiches der Heizeinheit 100 aufgebracht, so dass die notwendige, geringfügige Überdehnung der Verbindungsabschnitte 30, 30' gefahrlos für die Heizeinheit 100 erfolgen kann. Eine gewisse Überdehnung ist nämlich notwendig, da die Knickelemente 31 auch bei plastischer Verformung etwas zurückfedern können und damit auch bei einer Erwärmung des Wärmetauscherkörpers 200,26 eine ausreichende Federwirkung erhalten bleibt.
  • Werden diese Presswerkzeuge aufeinander zubewegt, nähern sich die zweite Oberfläche 25 und die Andruckfläche 27 den Oberflächen der Heizeinheit 100, bis sie zur Auflage kommen.
  • Dabei verbiegen sich die Knickelemente 31, wie dies schematisiert auch in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Auf den Wärmetauscherkörper 200 und das Andruckelement 26, insbesondere bei einer Ausgestaltung mit abnehmender Wandstärke wird kein Biegemoment ausgeübt, so dass deren Verformung durch zusätzliche, den Anpressdruck nicht verstärkende Kräfte verhindert wird. Die Flächen, auf denen die Heizeinheit 100 aufliegt, werden somit nicht gebogen, was den Wärmeübergang dauerhaft verbessert.
  • Dadurch, dass das Knickelement 31 in eine Ausnehmung des Wärmetauscherkörpers 200,26 hineinragt, wird der Einbau des Wärmetauscherkörpers 200,26 erleichtert. Durch die Vorformung der Knickelemente 31 mit 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 der Heizeinheit 100 verfahren werden, ist es auch möglich, mit Presswerkzeugen 44, 45 (siehe Fig. 4, bzw. Fig. 5) zu arbeiten, welche direkt in die Verbindungsabschnitte 30, 30' bzw. die Knickelemente 31 eingreifen und parallel zu den Oberflächen der Heizeinheit 100 aufeinander zubewegt werden. Bei dieser Kraftbeaufschlagung wird der Knickwinkel α (siehe Fig. 4, bzw. Fig. 5) der Knickelemente 31 ebenfalls verringert, so dass die zweite Oberfläche 25 und die Andruckfläche 27 auf die Oberflächen der Heizeinheit 10 aufgedrückt werden.
  • Gemäß Fig. 10 weist die so gefertigte Heizeinrichtung mit einem Wärmetauscherkörper 200,26 und einer Heizeinheit 100 jeweils gemäß der ersten Ausführungsform in dem Aufnahmehohlraum 20 die Heizeinheit 100, wobei die Elektroden 3 mit einer Isoliereinrichtung 10, insbesondere mit einer Isolierfolie, abgedeckt sind, und den Aufnahmehohlraum 20 an beiden Enden verschließende Kunststoff-Formteile 11 auf. Durch ein Kunststoff-Formteil sind die mit den Anschlussfahnen 4,5 verbundenen Leitungen 12,13 nach außen geführt. Die Kunststoff-Formteile 11, welche den Aufnahmehohlraum 20 verschließen, können somit gleichzeitig dazu dienen, die Heizeinheit 100 vor dem Verformungsvorgang bzw. während des Verformens in justierter Position zu halten.
  • Jede der beschriebenen Heizeinheiten 100 kann in den einen oder den anderen beschriebenen Wärmetauscherkörper 200,26 eingebracht werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Heizeinheit
    1
    Heizelement, PTC-Element
    2
    Rahmen
    3
    Stromzufuhreinrichtungen, Elektroden
    4
    Anschlussfahne
    5
    Anschlussfahne
    6
    erste Führungseinrichtung, Leiste
    7
    Separierungseinrichtungen, Fenster
    8
    Winkelstück
    9
    Rasthaken
    10
    Isoliereinrichtung
    11
    Kunststoff-Formhaken
    12
    Leitung
    13
    Leitung
    14
    dritte Führungseinrichtung, Leiste
    200
    Wärmetauscherkörper
    20
    Aufnahmehohlraum
    21
    Rippe
    22
    erste Oberfläche
    25
    zweite Oberfläche
    26
    Andruckelement
    27
    Andruckfläche
    28
    Ausnehmung
    29
    zweite Führungseinrichtung, weitere Rippe
    30, 30'
    Verbindungsabschnitt
    31
    Knickelement
    32
    Scharnier
    33
    Scharnier
    34
    Biegeelement
    35
    Verbindungsabschnitt
    36
    Verbindungsabschnitt
    40 - 45
    Presswerkzeug

Claims (8)

  1. Heizeinrichtung, umfassend
    mindestens ein Heizelement (1), insbesondere mindestens ein PTC-Element, mit Stromzufuhreinrichtungen (3) und Isoliereinrichtungen (10),
    einen Wärmetauscherkörper (200) mit einer ersten Oberfläche (22) zur Abgabe von Wärme an eine Umgebung und mit einem Aufnahmehohlraum (20) zur Aufnahme des Heizelementes (1),
    wobei das Heizelement (1) in wärmeleitender Verbindung zum Wärmetauscherkörper (200) im Aufnahmehohlraum (29) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Heizelement (1) in einem Rahmen (2) als gesondert handhabbares Bauteil angeordnet und der Rahmen (2) mitsamt dem Heizelement (1) in den Aufnahmehohlraum (20) zur Montage der Heizeinrichtung einschiebbar ist.
  2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Rahmen (2) Separierungseinrichtungen (7), insbesondere Abstandshalter oder Fenster aufweist, die derart ausgebildet sind, dass mehrere Heizelemente (1) getrennt voneinander, vorzugsweise äquidistant, im Rahmen (2) fixierbar sind.
  3. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Stromzufuhreinrichtungen (3) plattenförmige Elektroden umfassen, die am Rahmen (2) unter Einschluss des Heizelementes oder der Heizelemente (1) fixierbar sind.
  4. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Rahmen (2) Winkelstücke (8) und Rasthaken (9) zum Fixieren der Elektroden (3) aufweist.
  5. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Rahmen (2) erste Führungseinrichtungen (6) und der Wärmetauscherkörper (200) zweite Führungseinrichtungen (29) aufweisen, die derart zusammenwirkend ausgebildet sind, dass der Rahmen (2) mit dem Heizelement oder den Heizelementen (1) in eine definierte Position in den Aufnahmehohlraum (20) einsetzbar ist.
  6. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Rahmen (2) dritte Führungseinrichtungen (14) aufweist, die derart ausgebildet sind, dass die die Stromzufuhreinrichtungen (3) überdeckenden Isoliereinrichtungen (10), insbesondere eine Isolierfolie, z.B. aus Polyimid, am Rahmen (2) in einer vorbestimmten Position fixierbar sind.
  7. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Wärmetauscherkörper (200) derart plastisch verformbar ausgebildet ist, dass der Aufnahmehohlraum (20) zur festen Verbindung des Wärmetauscherkörper (200) mit dem Heizelement oder der Heizelementen (1) einengbar ist.
  8. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Wärmetauscherkörper (200) mit einer Wandstärke eine zweite Oberfläche (25) zum Übertragen von Wärme vom Heizelement oder von den Heizelementen (1) auf den Wärmetauscherkörper (200) aufweist,
    - der zweiten Oberfläche (25) gegenüber ein Andruckelement (26) zum Anpressen der Heizelemente (1) an die zweite Oberfläche (25) vorgesehen ist und
    - die Wandstärke zwischen der zweiten Oberfläche (25) und dem Andruckelement (26) zu der einen und der anderen Außenseite des Wärmetauscherkörper (200) abnimmt,
    - wobei das Andruckelement (26) mit dem Wärmetauscherkörper (200) an der einen und der anderen Außenseite über je einen plastisch verformbaren Verbindungsabschnitt (30,30') insbesondere einstückig verbunden ist.
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