EP1926347A1

EP1926347A1 - Elektrische Heizungsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: EP1926347A1
Application number: EP06291822A
Authority: EP
Inventors: Michel Brun; Geoffrey Denny; Gerard Eckerlen; Erwan Gogmos; Pascal Miss; Mathieu Mougey; Nicolas Robin; Christophe Schmittheisler; Stéphane Weingaertner
Original assignee: Behr France Rouffach SAS
Current assignee: Mahle Behr France Rouffach SAS
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2006-11-23
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2026-11-23
Also published as: EP1926347B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizungsvorrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Wärmeübertragungsbereich zur Übertragung der erzeugten Wärme an ein durch die elektrische Heizungsvorrichtung hindurchströmendes Fluid, wobei im Wärmeübertragungsbereich eine Anzahl von zwischen Kontaktblechen (5) angeordneten, elektrischen Heizelementen vorgesehen ist, und ferner zwischen zwei Kontaktblechen (5) neben dem mindestens einem elektrischen Heizelement mindestens ein isolierendes Element (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizungsvorrichtung mit PTC-Elementen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
Eine bekannte Ausführungsform von PTC-Heizungsvorrichtungen weist streifen- oder quaderförmige PTC-Elemente, der elektrischen Kontaktierung dienende Kontaktbleche und ggf. Wellrippen zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche auf. Hierbei sind die PTC-Elemente zwischen Kontaktblechen und/oder Wellrippen angeordnet. Die zu erwärmende Luft nimmt die von den PTC-Elementen abgegebene Wärme im Wesentlichen von den der Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche vorgesehenen Wellrippen auf. Bei den PTC-Elementen kann es sich um Kunststoff- oder Keramik-Elemente handeln.
Ein Beispiel einer derartigen Ausführungsform ist in der EP 1 522 439 A1 offenbart. Hierbei sind die zwischen Kontaktblechen angeordneten PTC-Elemente sowie auf der Außenseite der Kontaktbleche angeordnete Wellrippen in einem elektrisch isolierenden Kunststoff-Rahmen gehalten.
Die elektrische Kontaktierung der Kontaktbleche kann dadurch erfolgen, dass die Kontaktbleche seitlich aus dem Rahmen ragen und eine Steckverbindung vorgesehen ist, wobei der Rahmen entsprechend ausgebildet sein kann. Die Kontaktbleche können jedoch auch innerhalb des Rahmens mit Kontaktschienen verbunden sein, welche von außen kontaktiert werden, oder ein elektrischer Leiter ist direkt in den Rahmen eingeführt und mit den Kontaktschienen bzw. Kontaktblechen verbunden.
Eine derartige Heizungsvorrichtung lässt noch Wünsche in Hinblick auf mögliche Kurzschlüsse auf.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektrische Heizungsvorrichtung mit elektrischen Heizelementen, insbesondere PTC-Elementen, zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Heizungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine elektrische Heizungsvorrichtung vorgesehen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Wärmeübertragungsbereich zur Übertragung der erzeugten Wärme an ein durch die elektrische Heizungsvorrichtung hindurchströmendes Fluid, wobei im Wärmeübertragungsbereich eine Anzahl von zwischen Kontaktblechen angeordneten, elektrischen Heizelementen, insbesondere PTC-Elemente, insbesondere bevorzugt Keramik-PTC-Elemente oder auch Kunststoff-PTC-Elemente, vorgesehen, und zwischen zwei Kontaktblechen neben mindestens einem elektrischen Heizelement mindestens ein elektrisch isolierendes Element angeordnet ist. Die Funktion der Kontaktbleche kann auch direkt durch die wärmeübertragende Fläche vergrößernde Wellrippen oder Bereichen hiervon übernommen werden. Durch das Vorsehen von isolierenden Elementen im Netz selbst können zudem Kurzschlüsse in Folge von Verformungen einzelner Bereiche des Netzes, bspw. von Kontaktblechen, sicher vermieden werden.
Das isolierende Element weist bevorzugt maximal die gleiche Abmessung wie das elektrische Heizelement in Richtung der Kontaktbleche auf, d.h. es ist maximal so dick wie ein benachbartes Heizelement.
Das isolierende Element ist bevorzugt direkt zwischen den Kontaktblechen eingeklebt. Hierbei ist das isolierende Element vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Haftwirkung des Klebers an seiner Oberfläche mindestens so gut wie an der Oberfläche der elektrischen Heizelemente ist, insbesondere bevorzugt ist die Haftwirkung an der Oberfläche des isolierenden Elements deutlich größer als an derjenigen der elektrischen Heizelemente. Durch das Vorsehen von isolierenden Elementen zwischen den Kontaktblechen kann somit auf relativ einfache Weise eine festere Verbindung erzeugt werden, da die isolierenden Elemente besser und einfacher in Bezug auf eine Klebeverbindung vorbereitet werden können als die PTC-Elemente, insbesondere im Falle von Keramik-PTC-Elementen. Somit wird das gesamte, mittels Kleben verbundene Netz stabiler.
Um die Haftwirkung des Klebers an der Kontaktfläche des isolierenden Elements zu vergrößern, ist diese Kontaktfläche bevorzugt uneben ausgebildet. Die Unebenheit kann durch größere und/oder kleinere Strukturen gebildet sein. Insbesondere kann die Fläche aufgerauht, mit regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Riefen, Kanälen, Wellenstrukturen, Noppenstrukturen, Einprägungen, Löchern und/oder Öffnungen versehen sein.
Das isolierende Element ist bevorzugt form- und/oder kraftschlüssig mit mindestens einem der Kontaktbleche verbunden. Dabei kann zusätzlich ein Kleber vorgesehen sein. Ebenfalls sind Kombinationen möglich, d.h. beispielsweise ein Kontaktblech ist formschlüssig mit dem isolierenden Element verbunden, das gegenüberliegende Kontaktblech ist mit Hilfe eines Klebers mit dem isolierenden Element verbunden.
Für einen Formschluss ist vorzugsweise das isolierende Element mit Armen ausgebildet, welche seitlich an einem Kontaktblech vorbeiragen. Dabei ist besonders bevorzugt auch ein Hintergreifen des Kontaktblechs vorgesehen, insbesondere gilt dies für endseitig der Kontaktbleche angeordnete isolierende Elemente. Eine entsprechende Ausgestaltung mit Armen kann auch beidseitig vorgesehen sein, d.h. das isolierende Element ist etwa H-förmig ausgebildet.
Alternativ kann das isolierende Element auch mit mindestens einem Zapfen oder mindestens einem anderen, entsprechend wirkenden Vorsprung versehen sein, der in eine Öffnung in das Kontaktblech eingeführt ist. Auch in diesem Fall können Vorsprünge auf beiden Kontaktflächenseiten des isolierenden Elements vorgesehen sein, so dass sie die beiden Kontaktbleche bei entsprechender Abmessungs- und Materialwahl zusammenhalten oder zumindest die Klebeverbindungen unterstützen.
Die Verbindung kann auch clipsartig ausgebildet sein, d.h. am isolierenden Element ist mindestens ein Federarm mit Haken o.ä. ausgebildet, der während des Zusammensetzens kurzfristig elastisch verformt wird und im zusammengebauten Zustand das Kontaktblech hintergreift und dadurch am isolierenden Element sichert.
Das Vorsehen mindestens eines isolierenden Elements an einem Ende eines Kontaktblechs kann sicherstellen, dass in Folge der Zwischenlage des isolierenden Elements kein Kurzschluss wegen einer Verformung des Kontaktblechs in Richtung des benachbarten, auf der anderen Seite der Heizelemente angeordneten Kontaktblechs erfolgen kann.
Das isolierende Element kann kostengünstig spritzgegossen werden. Ebenfalls kann es stückweise mit bedarfsgerechter Länge von einem Profil abgetrennt werden.
Beim isolierenden Element handelt es sich bevorzugt um ein Kunststoff-Element, welches insbesondere auch in Bezug Gewicht Vorteile mit sich bringt, jedoch sind auch beliebige andere, isolierende Materialien möglich, wie bspw. Keramik.
Das isolierende Element ist vorzugsweise aus einem weicheren Material gefertigt als das Kontaktblech. Dies ermöglicht beispielsweise ein Einpressen in Öffnungen im Kontaktblech.
Die Heizungsvorrichtung weist bevorzugt Wellrippen auf, welche auf einer Seite der Kontaktbleche angebracht, insbesondere angeklebt, sind, und die wärmeübertragende Fläche vergrößern.
Ferner weist die Heizungsvorrichtung vorzugsweise ein isolierendes Gehäuse oder einen Rahmen auf, welche das Netz aus Heizelementen und ggf. Wellrippen hält. Der Rahmen oder das Gehäuse besteht vorzugsweise aus Polyamid, insbesondere bevorzugt aus PA66, und ist spritzgegossen. Er bzw. es kann bei entsprechender Ausgestaltung ein-, aber insbesondere auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei die einzelnen Teile auf bekannte Weise miteinander verbunden werden können, bspw. mittels Verclipsens oder Verschraubens. Besonders bevorzugt sind die isolierenden Elemente aus dem gleichen Material wie der Rahmen oder das Gehäuse gefertigt, insbesondere bevorzugt spritzgegossen.
Erfindungsgemäße Heizungsvorrichtungen können sowohl als Zuheizer in Verbindung mit einer herkömmlichen Klimaanlage oder einem herkömmlichen Heizer als auch in Alleinstellung vorgesehen sein. Die Heizungsvorrichtung kann beispielsweise im Luftführungsgehäuse der Klimaanlage oder direkt vor einem Ausströmer angeordnet sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Varianten, teilweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung, im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung,
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht eines Kontaktblechs mit PTC-Element und isolierenden Elementen, wie sie in der Heizungsvorrichtung von Fig. 1 vorgesehen sein können, und
Fig. 3: eine vergrößerte, schematische Seitenansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung, und
Fig. 4a-f: verschiedene perspektivische Ansichten, teilweise in Verbindung mit Schnittdarstellungen, unterschiedlicher Anbringungsmöglichkeiten der isolierenden Elemente.

Eine Heizungsvorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel dient als Zuheizer in einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage, wobei sie in Luftströmungsrichtung gesehen nach einem herkömmlichen Heizer angeordnet ist. Die Heizungsvorrichtung 1 weist einen zweiteiligen Rahmen (nicht dargestellt) aus Kunststoff auf, vorliegend aus PA66, der spritzgegossen ist. In dem Rahmen ist eine Mehrzahl von der die wärmeübertragenden Fläche vergrößernden Wellrippen 2, plattenförmig ausgebildeten Keramik-PTC-Elementen 3, plattenförmig ausgebildete isolierende Elemente 4 und Kontaktblechen 5 angeordnet. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Abmessung der isolierenden Elemente 4 entsprechend der Abmessung der PTC-Elemente 3 gewählt, jedoch sind auch unterschiedliche Abmessungen möglich.
Vorzugsweise entspricht die Breite maximal derjenigen der Kontaktbleche, insbesondere etwas geringer ist, so dass im zusammengebauten Zustand außenseitig ein kleiner Rand vorgesehen ist (siehe Fig. 2). Die Länge der PTC-Elemente 3 und der isolierenden Elemente kann beliebig gewählt werden. Die Dicke d der Elemente 3 und 4 entspricht sich bevorzugt, wobei ggf. die isolierenden Elemente 4, um eine dickere Klebeschicht als bei den PTC-Elementen 3 vorsehen zu können, auch etwas dünner ausgebildet sein können. Die mittlere Dicke, d.h. die Dicke unter Berücksichtigung der unebenen Oberfläche, der isolierenden Elemente 4 ist bevorzugt etwas kleiner als die Dicke d der PTC-Elemente 3.
Vorliegend sind jeweils mehrere PTC-Elemente 3 und mindestens ein isolierendes Element 4 in einer Reihe und vorliegend jeweils etwas beabstandet voneinander zwischen zwei Kontaktblechen 5 angeordnet. Die elektrische Kontaktierung der PTC-Elemente erfolgt über die Kontaktbleche 5, von denen einzelne, vorliegend fünf, auf einer Seite, die über das Netz seitlich übersteht, mittels Klemmen 6 mit der Stromversorgung verbunden sind. Der Stromfluss durch das Netz erfolgt teilweise auch durch die Wellrippen 2, wie aus Fig. 1 ersichtlich.
Die Kontaktbleche 5, die PTC-Elemente 3, die isolierenden Elemente 4 und die Wellrippen 2 sind miteinander verklebt. Um die Klebeverbindung zu verbessern, ist die Kontaktfläche der isolierenden Elemente 4 aufgerauht, so dass der Kleber besser haften kann und zumindest bereichsweise eine ausreichende, aber nicht zu große Filmdicke gewährleistet werden kann.
Eine Unebenheit der Kontaktfläche der isolierenden Elemente kann auch durch das Vorsehen von regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Riefen, Kanälen, Wellenstrukturen, Noppenstrukturen, Einprägungen, Löchern, Öffnungen o.ä. erzeugt werden.
Um einen Kurzschluss zwischen den Kontaktblechen 5 im Bereich derer Enden zu verhindern, ist, wie in Fig. 3 dargestellt, ein isolierendes Element 4 jeweils im Endbereich der Kontaktbleche 5 vorgesehen. Dieses kann auch kürzer als die PTC-Elemente 3 ausgebildet sein. Das Vorsehen eines derartigen Abstandselements direkt im Netz hat den Vorteil, dass Verformungen überstehender Enden der Kontaktbleche 5 vor dem Einbau in den Rahmen vermieden werden können. Ferner wird durch die bessere Fixierung der Kontaktbleche an den isolierenden Elementen 4 ein Aufbiegen der Kontaktbleche 5 und damit ein Lösen der Klebeverbindung und ein möglicher Kontaktverlust der PTC-Elemente zu den Kontaktblechen verhindert. In diesem äu-ßersten Bereich, in welchem vorliegend die isolierenden Elemente 4 unter anderem angeordnet sind, in welchem üblicherweise kein PTC-Element angeordnet ist, und welcher nur bedingt der Wärmeübertragung dient, da er häufig vom Rahmen leicht verdeckt ist, nehmen daher derartige isolierende Elemente keinen Platz von PTC-Elementen ein. Zur zusätzlichen Stabilisierung und Fixierung können im Inneren des Netzes weitere isolierende Elemente 4 zwischen den Kontaktblechen 5 eingeklebt sein.
Die isolierenden Elemente können an einem Kontaktblech, insbesondere an zwei einander gegenüberliegenden, das Element zwischen sich aufnehmenden Kontaktblechen, mittels des zuvor beschriebenen Klebens angebracht sein, wie bspw. auch in Fig. 4a angedeutet. Zusätzlich zum Vorsehen einer Klebeverbindung oder besonders bevorzugt bei entsprechender Ausgestaltung in Alleinstellung kann auch eine formschlüssige und/oder reibschlüssige Verbindung zwischen Kontaktblech und isolierendem Element vorgesehen sein, wie im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figuren 4b bis 4d beschrieben. Ist keine Klebeverbindung vorgesehen, so kann auf ein Aufrauhen der Oberfläche oder ähnliche Maßnahmen verzichtet werden.
Wie in Fig. 4b dargestellt, kann das isolierende Element 4 mit zwei Vorsprüngen in Form von Zapfen 4a versehen sein, die nach oben und unten ragen und in Öffnungen, vorliegend Bohrungen, im Kontaktblech 5 aufgenommen sind. Ist das isolierende Element 4 aus einem (leicht) elastischen Material ausgebildet, so können die Zapfen in die Bohrungen eingepresst sein und die Kontaktbleche können auch ohne Klebstoff durch das isolierende Element 4 zusammengehalten werden.
Gemäß einer weiteren, in Fig. 4c dargestellten Variante umgreift das isolierende Element 4 ein Kontaktblech 5 in einem Endbereich. Je nach Ausgestaltung kann das isolierende Element seitlich aufgeschoben oder mittels Aufbiegens der umgreifenden Arme 4b aufgesetzt werden. Im Falle dieser Lösung ist nur ein Kontaktblech mit dem isolierenden Element fest verbunden. Im Falle der Verwendung eines Klebers kann auch das andere Kontaktblech fest am isolierenden Element angebracht werden. Hierfür kann die Kontaktfläche des isolierenden Elements aufgerauht oder uneben ausgebildet sein.
Fig. 4d zeigt eine Variante, gemäß der ein Endbereich eines Kontaktblechs von der Breitseite her verjüngt ausgebildet ist, so dass ein klammerartig mit zwei Armen 4c ausgebildetes isolierendes Element 4 auf den verjüngten Endbereich aufgesetzt werden kann.
Gemäß einer nicht in der Zeichnung dargestellten Variante ist das isolierende Element H-förmig ausgebildet, d.h. Arme stehen nach oben und unten ab. Diese Arme nehmen einen entsprechend der zuvor beschriebenen Variante verjüngten Bereich der Kontaktbleche zwischen sich auf. Die Arme können auch entsprechend den Armen 4c hintergreifend ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren, nicht in der Zeichnung dargestellten Variante sind zwei Vorsprünge als Federarme mit hakenförmigen Enden ausgebildet, die in seitlich in dem Kontaktblech ausgebildete rechteckförmige Schlitze ragen und mit den Enden an der gegenüberliegenden Seite des Kontaktblechs anliegen. Für den Zusammenbau werden die Federarme kurzzeitig elastisch verformt. In der Endstellung nehmen sie wieder ihre Ausgangsstellung ein. Auch im Falle der Federarme ist eine H-förmige Ausgestaltung des isolierenden Elements möglich, d.h. das isolierende Element hält beide benachbarten Kontaktbleche fest.
Obwohl vorstehend ausschließlich Keramik-PTC-Elemente beschrieben sind, können auch Kunststoff-PTC-Elemente als Heizelemente verwendet werden.

Claims

Elektrische Heizungsvorrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Wärmeübertragungsbereich zur Übertragung der erzeugten Wärme an ein durch die elektrische Heizungsvorrichtung hindurchströmendes Fluid, wobei im Wärmeübertragungsbereich eine Anzahl von zwischen Kontaktblechen (5) angeordneten, elektrischen Heizelementen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Kontaktblechen (5) neben mindestens einem elektrischen Heizelement mindestens ein isolierendes Element (4) angeordnet ist.
Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Element maximal die gleiche Abmessung wie das elektrische Heizelement in Richtung der Kontaktbleche hat.
Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Element (4) zwischen den Kontaktblechen (5) eingeklebt ist.
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Element (4) form- und/oder kraftschlüssig mit mindestens einem der Kontaktbleche (5) verbunden ist.
Heizungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Element (4) Arme (4b; 4c), welche seitlich an einem Kontaktblech (5) vorbeiragen, und/oder mindestens einen Vorsprung (4a) aufweist, der in eine Öffnung in einem Kontaktblech (5) eingeführt ist.
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein isolierendes Element (4) an einem Ende eines Kontaktblechs (5) angeordnet ist.
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche, insbesondere die Klebefläche, des isolierenden Elements (4), mit der es an einem Kontaktblech (5) angeordnet ist, uneben ist.
Heizungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die unebene Fläche aufgerauht, mit regelmäßigen und/oder unregelmäßigen Riefen, Kanälen, Wellenstrukturen, Noppenstrukturen, Einprägungen, Löchern und/oder Öffnungen versehen ist.
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Element (4) spritzgegossen ist.
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Element (4) ein Kunststoff-Element ist.
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Element (4) aus einem weicheren Material gefertigt ist als das Kontaktblech (5)
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizelement ein PTC-Element (3), insbesondere ein Keramik-PTC-Element, ist.
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizungsvorrichtung (1) Wellrippen (2) aufweist, welche auf einer Seite der Kontaktbieche angebracht, insbesondere angeklebt, sind.
Heizungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizungsvorrichtung (1) ein isolierendes Gehäuse oder einen Rahmen aufweist.