EP2109347B1 - Elektrische Vorrichtung zum Heizen insbesondere eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Elektrische Vorrichtung zum Heizen insbesondere eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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EP2109347B1
EP2109347B1 EP08290355.0A EP08290355A EP2109347B1 EP 2109347 B1 EP2109347 B1 EP 2109347B1 EP 08290355 A EP08290355 A EP 08290355A EP 2109347 B1 EP2109347 B1 EP 2109347B1
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EP
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contact
electrical
layer
heating device
plastic
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Michael Kohl
Juergen Otto
Erwan Gogmos
Dieter Gross
Ingo Frank
Manfred Brandstetter
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Mahle Behr GmbH and Co KG
Mahle Behr France Rouffach SAS
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Behr France Rouffach SAS
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
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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
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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
    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the invention relates to an electrical device for heating, in particular of a motor vehicle, with an electric heating device, with an electrical contact device and with a contact coating, which is arranged in a contact region between the electric heating device and the electrical contact device.
  • Such electric heaters are used more consistently in motor vehicles to support, for example, a regular main heating a passenger compartment of a motor vehicle, if they can not win a sufficient heat such as from a coolant circuit of an internal combustion engine of the motor vehicle. This can be the case in particular in a starting phase of the internal combustion engine. Even at very low outside temperatures, an additional heating power can be advantageously provided by means of such an electric heating device.
  • An electric heater with respect to a ventilation air for a passenger compartment proves to be the most sensible of these options, since suitable electrically operated heaters, such as PTC elements, also directly in a passenger compartment supplied ventilation air flow can be arranged so that the ventilation air immediately warm well and noticeably.
  • PTC elements often consist of a ceramic and are already well known in the art.
  • the resistance of the PTC ceramic element increases very sharply with increasing temperature.
  • a very uniform surface temperature at the PTC ceramic element can advantageously also independent of other boundary conditions, such as an applied voltage, a nominal resistance of the PTC ceramic element supplied amount of ventilation air to adjust.
  • an electrical fuse is not required because the PTC ceramic element can self-regulate by its own behavior as a PTC thermistor. Specifically, as the temperature increases, the electrical resistance in the PTC ceramic increases proportionally, allowing less electrical energy to flow through the PTC ceramic, thereby allowing less heat to develop within the PTC ceramic.
  • PTC ceramic elements which can be used this year as electrical heaters, is that they are relatively expensive and thus contribute significantly to high production costs of an electric Zublovorraum.
  • one is relatively limited in the shaping or in the selection of the achievable geometry of the PTC ceramic elements.
  • standardized PTC ceramic elements have dimensions with values of 6 mm to 15 mm width x 20 mm to 40 mm depth with a thickness of 0.8 mm to 2 mm.
  • the structural design of electric Zublovoriquesen based on such PTC ceramic elements is almost always very similar.
  • the PTC ceramic elements can each be contacted from both sides with a contact plate, such as aluminum, in order to be able to improve electrical contact with the respective PTC ceramic element.
  • a contact plate such as aluminum
  • On a side facing away from a first PTC ceramic element side of a contact plate beyond a corrugated fin can be arranged, which can be followed by another contact plate of another PTC ceramic element.
  • a corrugated fin with or without Bekiemung be provided as a heat transfer network, by means of which a heat transfer from the PTC ceramic element to the ambient air or to a ventilation air can be facilitated.
  • Components of such a constructed electric Zuitzvorraum can be clamped together either by means of a spring or by means of several springs or glued together by means of suitable adhesive connections.
  • the entire heat exchanger network consists of individual PTC ceramic elements having a plurality of holes or recesses through which a ventilation air to be heated can flow directly through.
  • Dimensions of such PTC ceramic elements can also be about 40 mm to 100 mm wide x 30 mm to 80 mm deep with a thickness of 8 mm to 20 mm.
  • these rather large PTC ceramic elements are even more expensive than the smaller PTC ceramic elements mentioned above. In addition, they are much heavier, making the electric heater is difficult to build.
  • the EP 1 528 837 A1 discloses an electrically heatable structure, which is formed as a plastic matrix, which is disclosed as a honeycomb structure with contact surfaces for contacting contact means
  • an electrical device for heating in particular a motor vehicle, with an electrical heating device made of plastic, with an electrical contact device and with a contact layer, which is arranged in a contact region between the electric heater and the electrical contact device, wherein means for compensating for mechanical stresses in the contact region of the electric heating device and the electrical contact device, wherein the compensating means provide at least one further material layer in the contact region of the electric heating device and the electrical contact device, wherein the compensating means is essentially formed by a bonding agent made of chromium are disposed between the contact layer and the electric heater and further arranged means for reducing tensile stresses in the contact region of the electric heater and the electrical contact means, wherein the reducing means are formed by an intermediate layer, which is arranged between the contact layer and the adhesion promoter ,
  • the means for compensating for mechanical stresses hereinafter also referred to as compensating means, in the contact area reduce the risk that electrically interconnected components of the electrical heating device lose their mutual contact properties due to constant temperature changes, thereby causing a critical deterioration of the electrical contact can come between the electrical contact device and in particular the contact layer of the electric heater.
  • the contact layer of the electric heater can be solved.
  • the electric heater is exposed to very high temperature fluctuations.
  • the temperature range of use of the present electric heater may be in the range of -40 ° C to 80 ° C without the electric heater itself being activated.
  • the operating temperatures can easily reach 120 ° C. This can cause temperature differences of up to 160 ° C. For example, this can be done when the electric heater is turned on at -40 ° C outside temperature, but still no ventilation air for cooling the electric heater is passed through the electric heater through. Due to different coefficients of thermal expansion of the individual components of the electric heating device, critical stresses can quickly occur at the contact points or joints of the components For example, it may come to the above-mentioned separation phenomena on the contact layer.
  • Such electrical heaters are used successfully especially when a regular heating device of a motor vehicle can not be heated sufficiently well by a coolant circuit of an internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the present electric heater can advantageously heat a ventilation air supplied to the passenger compartment, so that the passenger compartment can already be heated shortly after the start of the internal combustion engine, for example.
  • the electric heater is often used only as zuholicvoriques on a motor vehicle and can therefore also be referred to as an electric heater.
  • the electric heater By means of the term “electric heater” are described in the sense of the present invention, any devices that can heat when passing through electricity such that they can heat a ventilation air for heating a passenger compartment.
  • the electric heater is designed here as a PTC thermistor component of the electric heater.
  • an "electrical contact device” means any device by means of which electricity can be supplied to an electrical heating device.
  • contact layer in this context refers to any structures by means of which an electrical contact between an electrical heating device and an electrical contact device can be designed particularly well.
  • a contact layer is expressly advantageous in electrical heating devices made of plastic, since the contact layer can reduce a contact resistance to the plastic, whereby a particularly high power density can be achieved.
  • substantially more adhesives can also be used on the electrical heating device. This is partly due to the fact that in connection with a plastic body as an electric heater only special adhesives can be used.
  • the contact layer comprises tin, silver and / or gold.
  • a metal layer is preferably used with respect to the contact layer, which has a particularly good electrical conductivity, as it can be used in conventional electrical connectors.
  • the contact area are ideally all contact points between an electrical contact device and an electrical heating device, in particular a contact layer provided there, detected, the one Allow passage of electricity from about the electrical contact device to the electric heater.
  • the compensating means according to the invention can be of various shapes, for example by mechanical spring elements in the contact region between the electrical heating device and the electrical contact device in order to be able to compensate for critical mechanical stresses which, for example, can not be compensated for by the components concerned alone.
  • the compensating means can be provided in a structurally particularly simple and very effective manner if the compensating means provide at least one further layer of material in the contact region of the electrical heating device and of the electrical contact device.
  • the compensating means in the form of a further material layer could ideally be realized directly with the application of the above-described contact layer to the electric heating device.
  • the electric heater is made of a plastic.
  • Made of plastic electrical heaters are almost unlimited in their design and with known manufacturing processes, such as by injection molding, very inexpensive to produce. This makes it easily possible to make the entire electric heater so compact that they not only centrally in a motor vehicle heating, for example in an air conditioning system of a motor vehicle, but also decentralized, for example, in or before discharge openings of the vehicle heating, can be attached.
  • a plastic body forms the electric heating device such that the plastic body is the only heat-generating electric heating device. If the plastic body, as explained in the description of the figures, moreover shaped as a plastic rib body, it can essentially also form the only heat-emitting surface of the electric heater.
  • a particularly compact and easy-to-build design of the electric heating device can be realized if, in particular, the electrical contact device is bonded to the contact layer of the electric heating device.
  • the electrical contactor can conduct electricity particularly well when made of an aluminum or alloy thereof or a copper alloy. It is indisputable that an electrical contact device, such as a copper alloy, an electric heater made of a plastic body and an adhesive for connecting the two components of the electric heater at a temperature increase can vary greatly and at different rates. This can cause damage to the heater, which can significantly interfere with the electrical contact between the components.
  • the at least one further material layer can have a variety of functional properties.
  • any material layers can be used that in the sense of the explained compensating means compensate for critical stresses in the contact area.
  • the compensation means are formed by a bonding agent, which is arranged between the contact layer and the electric heater.
  • connection between a plastic body and a contact layer is substantially enhanced if, in addition, a bonding agent is used by means of which the contact between the plastic body and the contact layer can be considerably intensified. In this way, in particular the risk can be reduced that the contact layer of the plastic body dissolves even with strong temperature fluctuations.
  • the adhesion promoter comprises chromium.
  • the adhesion promoter can hereby be applied as a thin adhesive layer to the plastic body of an electrical heating device, wherein the adhesive layer preferably consists of chromium, since on the one hand chromium is very reactive and on the other hand it can increase the adhesive strength of the contact layer.
  • the adhesive layer preferably consists of chromium, since on the one hand chromium is very reactive and on the other hand it can increase the adhesive strength of the contact layer.
  • PE polyethylene
  • the adhesion promoter has a bonding agent thickness between 5 nm and 500 nm, preferably between 20 nm and 150 nm.
  • An adhesion promoter thickness between 20 nm and 150 nm already causes a significant reduction in the risk that the contact layer suffers due to critical stresses in a contact area a defect.
  • the plastic body In order to achieve a particularly good adhesion of the adhesion promoter on a plastic body of the electric heater, the plastic body should be pre-cleaned, for example, with acetone, and ideally be subjected to a plasma cleaning in the vacuum chamber before a coating process. It makes sense for the layer structure to be carried out successively in a coating process.
  • the plastic body can be subjected to a galvanization, for example when a contact layer is applied.
  • a further variant of the invention provides that means for reducing tensile forces in the contact region of the electric heater and the electrical contact device, in particular on a heater side adhesion promoter, are provided.
  • means for reducing tensile stress in short reducing means, may be provided on the electric heating device.
  • the contact layer in the contact region of an electrical heating device and an electrical contact device can have a very high tensile stress when the electrical heating device and the electrical contact device expand differently and / or rapidly due to temperature fluctuations.
  • the fatigue strength of all components of the electric heating device can be further improved.
  • the reducing agents are formed by an intermediate layer, which is arranged between the contact layer and a bonding agent.
  • a three-layer contact coating is created in the contact region, by means of which advantageously a critical stress of the contact layer present there can be avoided particularly well.
  • the intermediate layer comprises copper.
  • the intermediate layer can distribute forces occurring within the contact coating very well, which in particular can reduce the tensile stress between the bonding agent and the electric heater or a plastic body of the electric heater.
  • the material copper is used as an intermediate layer, a relatively soft material.
  • the intermediate layer can be formed almost arbitrarily strong. However, it has been found that the intermediate layer can have a particularly good effect on an adhesive bond if the intermediate layer has an intermediate layer thickness of between 0.5 ⁇ m and 15 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 5 ⁇ m.
  • the intermediate layer may optionally be dispensed with, so that the contact coating can only have the previously described two-layered layer structure.
  • a particularly intimate and reliable connection of the components of the electrical heating device in a contact region can already be created if the contact layer and the heating device side are arranged an adhesion promoter on the contact side and if an intermediate layer is arranged between the contact layer and the adhesion promoter.
  • a particularly preferred embodiment provides a contact coating with a layer structure of contact layer, intermediate layer and adhesion promoter.
  • the contact coating has a total layer thickness between 0.2 ⁇ m and 30 ⁇ m, preferably between 2 ⁇ m and 10 ⁇ m.
  • Such a designed overall layer thickness shows in particular a very good abrasion resistance and beyond a particularly good dielectric strength with respect to micro-arcs in the contact region of the electric heater. It is understood that the total layer thickness of the contact coating can be selected higher. However, this results in no significant advantages in terms of improved abrasion resistance or improved dielectric strength in micro-arcs in the contact area of the electric heater. In addition, higher total layer thicknesses lead to higher costs with no or only negligible low Mehmutzen.
  • the term "contact coating” in the sense of the present invention is characterized in that the contact coating comprises at least two layers of material.
  • the contact coating differs from a conventionally used contact layer, which consists only of one material layer, albeit possibly in multiple layers. Decisive for a permanently good contact coating is also the choice of the materials used, the different material layers of the Contact coating advantageously designed to.
  • the present contact coating is constructed in three layers, so that it can compensate especially well for movement in particular between components of the electric heating device glued together.
  • the present contact coating is preferably a metallization, in particular a plastic surface, in which all material layers of the contact coating have good electrically conductive properties.
  • the contact layer may also be referred to as the top or cover layer, to which, for example, an electrical contact device of the electrical heating device is glued. If the contact layer in this case has a contact layer thickness of between 0.5 ⁇ m and 15 ⁇ m, preferably between 1 ⁇ m and 5 ⁇ m, the contact layer is already sufficiently strong to be able to permanently ensure stable and good electrical contact.
  • the electrical heating device comprises a PTC thermistor whose electrical resistance increases with increasing temperature, so that the electrical heating device essentially provides a constant heating power.
  • the electric heater can be designed differently. If the electrical heating device, as already indicated above, has a plastic ribbed body, it can be made particularly compact be because the plastic rib body can be flowed through directly by a ventilation air, the ventilation air can heat very well.
  • the electric heating device may also have a plastic plate body, which does not flow through due to its plate body of a ventilation air to be heated but can only be flowed around.
  • a plastic plate body which does not flow through due to its plate body of a ventilation air to be heated but can only be flowed around.
  • the electric heating device has corrugated fins which can additionally be flowed through or flowed through by the ventilation air to be heated. As a result, the heat energy output of the electric heater to the ventilation air is significantly improved.
  • corrugated fins can be made versatile.
  • a particularly compact construction obtains the electric heater, when the electrical contact means comprises a corrugated fin of the electric heater.
  • electricity can be supplied to the electric heating device by means of a corrugated fin attached to the electric heating device.
  • a particularly strong connection between the corrugated fin and the electrical heating device can be produced if the corrugated fin is arranged directly on the contact layer or on the contact coating of the electrical heating device.
  • the corrugated rib rests as an electrical contact device directly on the contact layer or on the contact coating of the electric heater, so that substantially no further structure between the corrugated fin and the contact layer or the contact coating is arranged. As a result, the electricity from the corrugated fin can be conducted directly into the contact layer or into the contact coating.
  • a preferred embodiment in this context provides that the corrugated fin is fixed to the contact layer or to the contact coating by means of an electrical insulator, in particular an electrically insulating adhesive.
  • an electrical insulator in particular an electrically insulating adhesive.
  • the electrically insulating adhesive is naturally not between the corrugated fin and the contact layer or the contact coating.
  • corrugated fin is arranged indirectly on the contact layer or on the contact coating of the electrical heating device.
  • the term "indirectly” here describes a connection between the corrugated rib as electrical contact device and the contact layer or the contact coating, in which between the corrugated fin and the contact layer or the contact coating another structure is arranged, so that an electrical contact substantially only over this further Structure between the corrugated fin and the contact layer or the contact coating can come about.
  • the corrugated fin is fastened to the contact layer or to a contact coating by means of an electrically conductive adhesive, the corrugated fin can be attached to the contact layer or to the contact coating in a particularly simple manner.
  • the electrically conductive adhesive can also advantageously particularly large contact areas in the contact area between the electrical Contact device and the electric heater can be ensured.
  • an adhesive used in connection with the present invention also has an at least elastic basic behavior even after curing, so that the adhesive used can also withstand different expansion work with regard to an electrical heating device, an electrical contact device and a contact coating.
  • the components of the electrical heating device in particular the electrical contact device with the electric heater, can also be clamped together mechanically.
  • the adhesive correspondingly suitable clamping means must be used, by means of which the components of the electric heater can be permanently clamped together.
  • the in the FIG. 1 shown electric heater 1 is provided for installation in an air conditioner of a motor vehicle, not shown here.
  • the electric heater 1 comprises a total of four electric heaters 2 (numbered here only by way of example), which are each formed as a plastic rib body 3.
  • the plastic rib bodies 3 are produced by means of a plastic injection molding process. But they can also be extruded, sintered or made by another suitable method.
  • each of the electric heaters 2 is provided with a first electrical contact means 7 and a second electrical contact means 8, wherein each of the electrical contact means 7 and 8 a electrical connection 9 (numbered here only by way of example).
  • a contact coating 11 (described in more detail below) is provided (see in particular FIG. 4 ) intended.
  • the electrical heating device 1 in the respective contact report 10 advantageously has means 12 for compensating for mechanical stresses (see in particular FIG. 4 ), so that even electric heaters 2 and electrical contact means 7, 8 with strong Deviating expansion coefficients can be reliably and permanently connected to each other. As a result, the fatigue strength of the electric heater 1 is substantially increased.
  • a ventilation air 13 By means of the plastic rib body 3, a ventilation air 13, by means of which a passenger compartment of the motor vehicle to be heated, are structurally particularly easy to be heated.
  • the electric heater 1 can advantageously be constructed modularly, if a plastic rib body 3 and one or two electrical contact means 7, 8 are glued together to form a heating module 14 and thus made available compact. For example, 2 to 8 such modules 14 are glued together.
  • the individual heating modules 14 can in this case be controlled jointly or separately via the electrical connection.
  • the electric heaters 2 are not formed as a plastic rib body 3, but as a plastic plate body 15 (numbered here for clarity only exemplified).
  • the plastic plate body 15 is in each case equipped on both sides with a contact coating 11 (numbered here only by way of example). Since the plastic plate body 15 as an electric heater 2 per se has no rib contour over which heat energy of the electric heater 2 can be advantageously delivered to ventilation air 13, a corrugated fin 16 is attached to each of the electric heaters 2 and to their contact coatings 11 respectively the heat energy of the electric heaters 2 can be transmitted to the corrugated fins 16.
  • the ventilation air 13 can flow through these corrugated fins 16, whereby the generated by the electric heaters 2 Heat energy then by means of corrugated fins 16 to the ventilation air 13 over a large area and therefore can be given advantageous.
  • An exceptionally good thermal conductivity of the corrugated fins 16 can be ensured here if they are made of aluminum.
  • the corrugated fins 16 are each glued to the contact coating 11 of the electric heaters 2, so that the corrugated fins 16 with the electric heater 2 and the respective contact coating 11 can be advantageous and structurally simple in contact.
  • the supply of electricity of the electric heaters 2 is ensured by means of electrical contact means 7 and 8, wherein the electricity from the contact means 7 and 8 via the corrugated fins 16 in the respective plastic plate body 15 can be initiated.
  • the electrical connection of the electrical contact devices 7 and 8 can be made via an electrical connection 9.
  • the electrical contact means 7 and 8 are also designed in this embodiment as a flat contact sheets.
  • a heating module 14 preferably consists of a plastic plate body 15, two corrugated fins 16 and a first contact device 7 and a second contact device 8, wherein here, too, each of the heating modules 14 is individually controllable.
  • the electrical heaters 2 explained in the present case are cold conduction bodies which are made of plastic.
  • the electric heating devices 1, 101 can be produced substantially more cost-effectively and, moreover, can be made more diverse, for example directly as a plastic ribbed body 3.
  • a negative terminal 22 and a positive terminal 23 are shown schematically.
  • the total resistance 20 results from a first surface resistance 24, a first contact resistance 25, a contact resistance 26, a second contact resistance 27 and a second surface resistance 28.
  • the surface resistances 24 and 28 depend essentially on the quality of the connection between the electrical contact device 7 or 8 and the contact coating 11.
  • the contact resistances 25 and 27 result essentially from the structure of the contact coating 11.
  • the volume resistance 26 depends essentially on the material from which the electrical heating device 2 is made. Also, the selected thickness 29 of the electric heater 2 plays an essential role in the passage resistance 26.
  • an electrical heating device 2 in the form of a plastic plate body 15 provided on both sides with a contact coating 11, a preferred layer structure 31 of the contact coating 11 is shown.
  • the layer structure 31 consists in this embodiment of a first layer 32, a second layer 33 and a third layer 34.
  • the first layer 32 forms a contact layer 35 of the contact coating 11, by means of which the electric heater 2 with an electrical contact means 7, 8 in Can contact.
  • the second layer 33 forms in this embodiment, an intermediate layer 36, by means of which the contact layer 35 in the present case can be connected to the third layer 34 of the contact coating 11.
  • the third layer 34 is formed by a bonding agent 37, by means of which the contact coating 11 can enter into a particularly intimate connection with the electrical heating device 2.
  • the adhesion promoter 37 provides a further material layer 38 in a contact region 10 (see in particular FIG.) Between the electrical heating device 2 and one of the electrical contact devices 7 or 8, by means of which the means 12 for compensating mechanical stresses in the contact region 10 are advantageously created can.
  • the adhesion promoter 37 in conjunction with the contact layer 35 can form a two-layer compensating means.
  • the intermediate layer 36 provides means 39 for reducing tensile forces in a contact region 10 (see in particular FIG. 1 ) of the electric heater 2 and the electrical contact device 7 and 8, in particular on a heater side adhesion promoter 37, is.
  • an advantageous contact coating could also be composed of only the contact layer 35 and the second layer 33 as a reducing means 39 of tensile stress forces within the contact coating 11.
  • the contact coating 11 of the layer structure 31 has a total layer thickness 40 of 8 ⁇ m.
  • the contact layer 35 used here consists of a silver alloy, so that a good contact between an electrical contact device 7 or 8 and the contact layer 35 can be ensured.
  • the compensating means 12 or the adhesion promoter 37 has chromium, since chromium is very reactive and can ensure good adhesion of the contact coating 11 to the electrical heating device 2.
  • Tensile forces, in particular within the contact coating 11, can advantageously be reduced if the intermediate layer 36 is made of copper or a suitable copper alloy.
  • copper is an excellent electrical conductor and a soft material that can easily compensate for tensile stresses.
  • the layer structure 31 of the contact coating 11 described here it is possible to effectively prevent the contact layer 35 from breaking off from the electric heating device 2 if such an equipped electric heating device 1 or 101 is exposed to strong temperature differences. As a result, the fatigue strength of the electric heater 1, 101 is particularly advantageous increased.
  • the contact coating 11 can in particular be applied to the heating device 2 advantageously by means of vapor deposition, for example a PVD coating in a plastic body made of PE, by means of at least partial electrodeposition and / or by means of an approximately self-adhesive metal foil.
  • FIG. 5 45 shows a relationship of a PTC ceramic 46 with respect to a first PTC plastic 47 and another PTC plastic 48.
  • the respective RT gradient which can describe a measure of a Ableit a PTC thermistor
  • the PTC plastics 47 and 48 at least as steep as that of the PTC ceramic 46, whereby the PTC Plastics 47 and 48 are also particularly well for electrical heaters 2 can be used.
  • the respective relevant R-T characteristic can be set in a selectable adjustment range 49. In particular, this results in different application areas 50 and 51, which are shown in gray in the diagram 45.
  • the different plastic compositions can be created, for example, by providing a polyolefin with different amounts of soot.
  • the proportions of carbon in this case provide carbon components in the respective plastic 47, 48, which are arranged in the plastic 47, 48 (see FIG FIG. 6 ).
  • a plastic body 52 At an average ambient temperature or a corresponding room temperature, a plastic body 52 essentially has a crystalline structure 53 in which the carbon components may be formed as electrically conductive carbon chains 54. As a result, the plastic body 52 is low impedance.
  • plastic body 52 at a higher temperature results in a substantially amorphous structure 55, in which the electrically conductive carbon chains 54 are divided into individually distributed carbon chain pieces 56, so that the plastic body 52 is high impedance.
  • the plastic body 52 is a PTC thermistor whose electrical conductivity decreases with increasing temperature 57. As soon as the temperature drops again 58, the electrical conductivity of the plastic body 52 can be taken again, since the carbon particles can reassemble into electrically conductive carbon chains 54.
  • plastic rib body 3 is provided at its two radial ends 4 and 5 each with a plurality of contact webs 60.
  • the plastic ribbed body 3 can be traversed by a ventilation air 13, wherein it can heat the ventilation air 13, if it is heated itself.
  • An electrical contact device 8 can be glued to the contact webs 60 (see detailed view of FIG. 9 ).
  • the contact webs 60 are coated with the contact coating 11 described above (see in particular FIG FIG. 8 ).
  • a current flow 21 (here shown only by way of example on one of four vertical arrows) flows through the plastic rib body 3, as a result of which can warm up.
  • the current flow 21 is in this case aligned in the direction of the contact webs 60, so that the longest possible current flow 21 through the plastic rib body 3 and thus a particularly good heating of the plastic rib body 3 can be achieved.
  • the surface resistance 24, 28 and the contact resistances 25 and 27 are substantially reduced by means of the contact coating 11, whereby, inter alia, a higher flexibility of the electrical connection of an electric heater 2 can be achieved.
  • the electric current density in the contact region 10 can be advantageously reduced.
  • the contact coating 11 forms a seal of the plastic surface on the contact webs 60, so that a particularly good contact between an electrical contact device 7 or 8 and an electric heater 2 can be ensured even in the long term.
  • FIGS. 10 to 13 is a possible process sequence for producing a heating module 14 from a plastic rib body 3 and a first electrical contact device 7 and a second electrical contact device 8 with a glued structure (see FIG. 13 ).
  • the plastic ribbed body 3 is present as plastic granules 63, wherein the plastic granules 63 are formed into the actual plastic ribbed body 3 ( FIG. 11 ).
  • the plastic granulate 63 can either be injection molded, extruded, sintered or produced with another advantageous plastic production method.
  • the plastic ribbed body 3 is cleaned at least at its radial ends 4 and 5, so that there contact webs provided 60 are particularly well freed from impurities.
  • an electrically insulating adhesive 64 see FIG. 12 .
  • the electrical heating devices 7 and 8 are supplied and pressed against the contact webs 60 of the plastic rib body 3 by suitable pressure rollers 65 (numbered here only by way of example).
  • the contact pressure of the pressure rollers 65 is advantageously selected so high that the electrically insulating adhesive 64 can be at least partially displaced at the contact webs 60, whereby the contact webs 60 rests directly on the electrical contact means 7 and 8 respectively.
  • a direct electrical contact between the plastic rib body 3 and the electrical contact means 7 or 8 is provided, so that in the present case the electrically insulating adhesive 64 can be used.
  • the adhesive 64 may in this case be brushed or sprayed onto the corresponding components, or the components of the heating module 14 to be glued together may be immersed in an adhesive reservoir. Curing of the electrically insulating adhesive 64 can take place by means of an increase in temperature, for example in an oven, by means of hot air, by means of UV light or simply at room temperature.
  • the plastic rib body 15 may have a thickness of between 5 mm and 100 mm, which may depend substantially on its later use.
  • the electric heater 2 may alternatively be used as a plastic plate body 15, as in the electric heater 101 from the FIG. 2 already shown, be designed (see FIG. 14 ).
  • This plastic plate body 15 is provided on both sides with a contact coating 11, which preferably has a layer structure 31 (see FIG. 15 ), which consists of a contact layer 35, an intermediate layer 36 and a bonding agent 37, as described in detail with reference to the further detail representation 30 from the FIG. 4 has already been explained.
  • the plastic plate body 15 may have a preferred thickness between 0.4 mm and 5 mm. The thinner the plastic plate body 15 is selected, the better its heat extraction can be. The thicker the plastic plate body 15 is selected, the more stable the entire structure. A good compromise was found when the plastic sheet body thickness is chosen between 0.7 mm and 2 mm.
  • the contact coating 11 in addition to the advantages explained above, also has a positive influence on an electrical connection to electrically conductive particles, such as carbon particles (see FIG. 6 ), in the plastic ribbed body 3.
  • a corrugated fin 16 is glued to the plastic plate body 15 or in particular to the contact coatings 11, wherein the corrugated fin 16 is equipped with an electrical contact means 7 (see FIG. 16 ).
  • the electrical contact device 7 may in this case have a contact plate thickness between 0.3 mm and 2 mm, wherein a contact plate thickness between 0.5 mm and 1 mm represents a very good compromise in terms of good stability and good weight.
  • a rib of the corrugated fin 16 preferably has a rib thickness of 0.05 mm to 0.2 mm. If the corrugated fin 16 additionally designed as a current-carrying component, the rib thickness is preferably 0.08 mm to 0.15 mm.
  • a rib height can be between 3 mm and 20 mm or between 5 mm and 20 mm. The rib depth can be 4 mm to 50 mm or 6 mm to 20 mm. The dimensions mentioned here also depend on the heat output of the electric heater.
  • a related heating module 14 with a preferred depth between 5 mm and 100 mm, from a plastic plate body 15, two corrugated fins 16 (only exemplified here) and a first electrical contact device 7 and a second electrical contact device 8 is in the FIGS. 17 and 18 shown.
  • the corrugated fins 16 serve to increase a heat-transferring surface of the heating module 14, so that a heat generated by the heater 2 can be transmitted much better to a ventilation air 13 flowing through the corrugated fins 16.
  • the contact coating 11 also improves the thermal conductivity between the electrical heating device 2 and the corrugated fins 16, so that in particular a very homogeneous heat distribution over the entire length of the corrugated fins 16 can be established.
  • the first electrical contact device 7 is poled as a positive pole 23 and the second electrical contact device 8 as a negative pole 22, so that in particular a flow of current 21 can flow through the plastic plate body 15, wherein the current flow 21, as explicitly in the FIG. 18 indicated, is also directed by the electrical guide 7 and the corrugated fin 16 of the positive pole 23 to the negative terminal 22.
  • FIGS. 19 and 20 While a previously explained corrugated fin 16 was formed only V-shaped, is in the FIGS. 19 and 20 an arrangement 67 of a plastic plate body 15 and two Trapezwellrippen 68 (numbered here only by way of example) shown. It is advantageous that the trapezoidal rib 68 in the contact region 10 can rest on the contact coating 11 of the plastic plate body 15 in a substantially larger area, so that excellent electrical contact between the trapezoidal ribs 68 and the plastic plate body 15 can thereby be ensured.
  • the trapezoidal ribs 68 are formed by means of an adhesive bond 61 with an electrically insulating adhesive 64, wherein the electrically insulating adhesive 64 is arranged only in meniscus regions 66 of the adhesive bond 61. This can be ensured by pressing the trapezoidal shafts 68 against the plastic plate body 15 so strongly in the manufacturing process of the arrangement 67 that the electrically insulating adhesive 64 is displaced from the immediate contact region 10. A contact force must be selected to be correspondingly high, so that the electrically insulating adhesive 64 can also be displaced by the larger contact surface.
  • the corrugated fins 16 which are adhered to a plastic plate body 15, each formed directly as a first electrical contact means 7 and as a second electrical contact means 8.
  • a constructed heating module 14 constructively constructs particularly simple, since a positive pole 23 and a negative pole 22 is formed directly from the respective rib 16.
  • at least one of the corrugated fins 16 is a connecting element 70 is provided, on which two corrugated fins 16 can be attached directly opposite lying.
  • the connecting element 70 does not serve as an electricity-initiating device but merely as an assembly and stop help.
  • An electric heater 101 equipped with such heating modules 14 is particularly easy to build, since additional electrical contact means can be dispensed with.
  • FIG. 22 shown further adhesive connection 71 is realized with an electrically conductive adhesive 72, wherein the electrically conductive adhesive 72 between corrugated fins 16 and contact coatings 11 of a plastic plate body 15 is enriched.
  • the corrugated fins 16 are not directly on the contact coatings 11, but only indirectly, since there is between the corrugated fins 16 and the contact coatings 11 even when cured adhesive bond 71, the electrically conductive adhesive 72.
  • electrically conductive adhesive 72 By means of the electrically conductive adhesive 72, a direct contact between the corrugated fins 16 and the contact coatings 11 is not required, so that even with a relevant manufacturing process is not necessarily to ensure that the adhesive 72 is completely displaced between the corrugated fins 16 and the contact coatings 11 , As electrically conductive adhesive 72 here is a silicone adhesive has been used.
  • the electrically insulating adhesive 64 or the electrically conductive adhesive 72 can be applied as an adhesive strip 73 on a contact coating 11 of a plastic sheet body 15 (see FIG. 23 ). Or the adhesives 64 and 72 are applied to the corrugated fin 16 (see FIG. 24 ), wherein then the plastic plate body 15 and / or the electrical contact means 7 are brought in accordance with the direction arrows 74 and 75 to the corrugated fin 16 and pressed together.
  • the corrugated fin 16 (see FIG. 25 ) are brought into direct contact with the plastic plate body 15 and the electrical guide 7, respectively.
  • FIGS. 26 to 31 A possible process sequence for producing an electric heating device 101 according to FIG. 2 is in the FIGS. 26 to 31 shown schematically.
  • a plastic granules 63 is heated and formed into a plastic semi-finished plate 76 (see FIG. 27 ).
  • this plastic semi-finished plate 76 are on both sides of a contact coating 11, ideally according to the further detailed representation 30 of the FIG. 4 , applied.
  • the thus-prepared plastic semi-finished plate 76 is cut into individual plastic plate body 15.
  • the plastic plate body 15 are provided on both sides directly with the required contact coatings 11.
  • an electrically conductive adhesive 72 is applied to the respective contact coating 11 and solidified by means of suitable pressure rollers 65.
  • Corrugated ribs 16 can be glued to the thus prepared plastic plate body 15, whereby individual heating modules 14 can be produced, which in turn can be glued together in an appropriate manner to an electric heater or otherwise clamped together.
  • an electrical heating device 1, 101 with electrical heating devices 2 made of plastic can be made substantially less expensive, lighter and more versatile than with conventional PTC ceramic elements.
  • the contact coating 11 described here critical stresses and / or forces within the electrical heating device 2 can be substantially reduced.
  • the contact coating 11 is more resistant to micro-arcs than conventional simple contact coatings. This can be attributed, in particular, to the special layer structure 31, which consists of at least three different material layers 32, 33 and 34.
  • the present contact coating 11 differs in particular from conventional contact layers, which have only a single material layer. Even if a conventional contact layer should be multi-layered, it has the advantageous layer structure 31 not on, the present invention, the contact coating 11 is characterized.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Vorrichtung zum Heizen, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer elektrischen Heizeinrichtung, mit einer elektrischen Kontakteinrichtung und mit einer Kontaktbeschichtung, welche in einem Kontaktbereich zwischen der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung angeordnet ist.
  • Derartige elektrische Heizvorrichtungen werden immer konsequenter in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um beispielsweise eine reguläre Hauptheizung einer Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges zu unterstützen, wenn diese eine ausreichende Wärme etwa aus einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges noch nicht gewinnen kann. Dies kann insbesondere in einer Startphase der Brennkraftmaschine der Fall sein, Auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen kann mittels einer solchen elektrischen Heizvorrichtung eine zusätzliche Heizleistung vorteilhaft bereitgestellt werden.
  • Insbesondere bei verbrauchsoptimierten Kraftfahrzeugen werden reguläre Hauptheizungen zum Heizen von Fahrgastzellen immer weiter entwickelt, da bei verbrauchsoptimierten Kraftfahrzeugen von einer Brennkraftmaschine oftmals nicht mehr genügend Abwärme bereit gestellt werden kann, welche mittels einer regulären Hauptheizung für eine Erwärmung einer Fahrgastzelle aufbereitet werden kann. Dies macht sich besonders bei niedrigen Umgebungstemperaturen beziehungsweise Außentemperaturen bemerkbar, so dass oftmals auch hier ein Zuheizen mit zumindest kurzzeitig eingesetzten zusätzlichen Zuheizvorrichtungen erforderlich ist, um einen gewünschten Klimakomfort in der Fahrgastzelle schnell bereitstellen zu können. Vor allem während einer Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine, in einem Schwachlastbetrieb einer Brennkraftmaschine, beispielsweise im Stadtverkehr, und/oder in einem Leerlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine, kann ein angeforderter Heizbedarf mit der regulären Hauptheizung des Kraftfahrzeuges oftmals nicht hinreichend abgedeckt werden.
  • Um ein derartiges Heizdefizit zumindest mindern zu können, sind bereits verschiedene Möglichkeiten vorgesehen, um die reguläre Hauptheizung, etwa mittels Brennstoffzuheizvorrichtungen, elektrischer Zuheizvorrichtungen für Kühlmittel der Hauptheizung (kühlmittelseitiger Zuheizer) oder für eine Lüftungsluft (luftseitiger Zuheizer), Abgaswärmeübertrager usw., zu unterstützen. Durch derartige Zuheizvorrichtungen kann eine komfortable Innenraumtemperatur in einer Fahrgastzelle vorteilhafter Weise schneller erreicht werden. Zudem ermöglichen die elektrischen zuheizvorrichtungen auch ein schnelleres Abtauen von Eisschichten an einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges.
  • Eine elektrische Zuheizung hinsichtlich einer Lüftungsluft für eine Fahrgastzelle erweist sich hierbei als die oftmals sinnvollste der genannten Möglichkeiten, da geeignet elektrisch betriebene Heizeinrichtungen, wie etwa PTC-Elemente, auch unmittelbar in einem der Fahrgastzelle zugeführten Lüftungsluftstrom angeordnet werden können, so dass sich die Lüftungsluft sofort gut und spürbar erwärmen kann.
  • Derartige PTC-Elemente bestehen häufig aus einer Keramik und sind aus dem Stand der Technik bereits gut bekannt. Bei einer PTC-Keramik nimmt mit zunehmender Temperatur der Widerstand des PTC-Keramikelementes sehr stark zu. Hierdurch kann sich vorteilhafter Weise auch unabhängig von weiteren Randbedingungen, wie beispielsweise einer angelegten Spannung, eines Nominalwiderstandes der dem PTC-Keramikelement zugeleiteten Lüftungsluftmenge, eine sehr gleichmäßige Oberflächentemperatur am PTC-Keramikelement einstellen. Somit kann eine Überhitzung des PTC-Keramikelementes sowie umliegender Bauteile erfolgversprechend verhindert werden, wie sie beispielsweise bei der Verwendung einfacher Heizdrähte leicht entstehen könnte. Auch ist eine elektrische Absicherung nicht erforderlich, da sich das PTC-Keramikelement durch sein Eigenverhalten als Kaltleiter selbständig abregeln kann. Das bedeutet im Konkreten, dass mit zunehmender Temperatur der elektrische Widerstand im PTC-Keramikelement proportional stark ansteigen und hierdurch weniger elektrische Energie durch das PTC-Keramikelement fließen kann, wodurch sich weniger Wärme innerhalb des PTC-Keramikelementes entwickeln kann.
  • Nachteilig bei derartigen PTC-Keramikelementen, welche heuer als elektrische Zuheizer eingesetzt werden können, ist es, dass sie relativ kostenintensiv sind und somit wesentlich zu hohen Herstellungskosten einer elektrischen Zuheizvorrichtung beitragen. Außerdem ist man bei der Formgebung beziehungsweise bei der Auswahl der erzielbaren Geometrie der PTC-Keramikelemente relativ stark eingeschränkt. In der Regel weisen standardisierte PTC-Keramikelemente Abmessungen mit Werten von 6 mm bis 15 mm Breite x 20 mm bis 40 mm Tiefe bei einer Dicke von 0,8 mm bis 2 mm auf.
  • Der konstruktive Aufbau elektrischer Zuheizvorrichtungen auf Basis solcher PTC-Keramikelemente ist nahezu immer sehr ähnlich. Die PTC-Keramikelemente können von beiden Seiten jeweils mit einem Kontaktblech, wie Aluminium, kontaktiert werden, um einen elektrischen Kontakt zu dem jeweiligen PTC-Keramikelement verbessern zu können. An einer einem ersten PTC-Keramikelement abgewandten Seite eines Kontaktbleches kann darüber hinaus eine Wellrippe angeordnet werden, an welche sich ein weiteres Kontaktblech eines weiteren PTC-Keramikelementes anschließen kann. So kann zwischen zwei benachbarten Kontaktblechen zweier PTC-Keramikelemente beispielsweise eine Wellrippe mit oder ohne Bekiemung als Wärmeübertragernetz vorgesehen werden, mittels welcher eine Wärmeübertragung von dem PTC-Keramikelement zur Umgebungsluft bzw. zu einer Lüftungsluft erleichtert werden kann. Komponenten einer derart aufgebauten elektrischen Zuheizvorrichtung können entweder mittels einer Feder oder mittels mehrerer Federn miteinander verspannt oder mittels geeigneter Klebeverbindungen miteinander verklebt sein.
  • Insbesondere bei kleineren PTC-Zuheizvorrichtungen ohne zusätzliche Wellrippen als Wärmeübertragernetz, zum Beispiel für einen direkten Einbau in Luftkanäle oder Luftauslässe einer Kraftfahrzeugheizung, ist es normalerweise auch möglich, dass das gesamte Wärmeübertragernetz aus einzelnen PTC-Keramikelementen besteht, die eine Vielzahl an Löchern beziehungsweise Aussparungen aufweisen, durch welche eine zu heizende Lüftungsluft direkt hindurch strömen kann. Abmessungen solcher PTC-Keramikelemente können hierbei auch bei ca. 40 mm bis 100 mm Breite x 30 mm bis 80 mm Tiefe bei einer Dicke von 8 mm bis 20 mm liegen. Diese recht großen PTC-Keramikelemente sind jedoch noch kostenintensiver als die vorstehend erwähnten kleineren PTC-Keramikelemente. Zudem sind sie wesentlich schwerer, wodurch die elektrische Heizvorrichtung insgesamt schwer baut.
  • Nicht zuletzt wegen der guten dezentralen Anordnungsmöglichenkeiten nimmt der Anteil an lüftungluftseitigen Zuheizern auf Basis von PTC-Elementen stetig zu. Neben den PTC-Elementen aus Keramik werden ver-mehrt elektrische Heizeinrichtungen auch auf Basis von Nicht-KeramikMaterialien eingesetzt, wie beispielsweise auf Basis von Kunststoff. Elektrische Heizeinrichtungen aus PTC-Kunststoffelementen haben gegenüber keramischen PTC-Elementen zumindest den Vorteil, dass sie wesentlich leichter sind und darüber hinaus problemlos gestaltet werden können, etwa in einem Spritzgussverfahren.
  • Um insbesondere bei einem gattungsgemäßen PTC-Kunststoffelement eine gute bis sehr gute elektrische Anbindung, beispielsweise an eine elektrische Kontaktplatte, zu erzielen, ist es von Vorteil, wenn zumindest diejenigen Oberflächenbereiche des PTC-Kunststoffelementes, an welche ein elektrischer Kontakt hergestellt werden soll, mit einer zusätzlichen Kontaktschicht versehen wird, mittels welcher etwa ein Übergangswiderstand zwischen dem PTC-Kunststoffelement und der elektrischen Kontaktplatte reduziert werden kann. So kann ein PTC-Element einer elektrischen Heizvorrichtung energieeffizienter betrieben werden, was sich speziell bei Kraftfahrzeugen mit eingeschränkter Batteriekapazität vorteilhaft auswirken kann.
  • Die EP 1 528 837 A1 offenbart eine elektrisch beheizbare Struktur, die als Kunststoffmatrix ausgebildet ist, wobei diese als Wabenstruktur mit Kontaktflächen zur Kontaktierung von Kontaktmitteln offenbart ist
  • Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, gattungsgemäße elektrische Heizvorrichtungen mit elektrischen Heizeinrichtungen auf Basis eines PTC-Elementes weiter zu entwickeln.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird von einer elektrischen Vorrichtung zum Heizen, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer elektrischen Heizeinrichtung aus Kunststoff gelöst, mit einer elektrischen Kontakteinrichtung und mit einer Kontaktschicht, welche in einem Kontaktbereich zwischen der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung angeordnet ist, wobei Mittel zum Ausgleichen von mechanischen Spannungen in dem Kontaktbereich der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung angeordnet sind, wobei die Ausgleichsmittel wenigstens eine weitere Materialschicht in dem Kontaktbereich der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung bereit stellen, wobei die Ausgleichsmittel im Wesentlichen von einem Haftvermittler aus Chrom gebildet sind, welcher zwischen der Kontaktschicht und der elektrischen Heizeinrichtung angeordnet ist und ferner Mittel zum Reduzieren von Zugkräftebeanspruchungen in dem Kontaktbereich der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung angeordnet sind, wobei die Reduziermittel von einer Zwischenschicht gebildet sind, welche zwischen der Kontaktschicht und dem Haftvermittler angeordnet ist.
  • Vorteilhafter Weise verringern die Mittel zum Ausgleichen von mechanischen Spannungen, nachfolgend auch kurz Ausgleichsmittel genannt, in dem Kontaktbereich die Gefahr, dass miteinander elektrisch verbundene Komponenten der elektrischen Heizeinrichtung auf Grund ständiger Temperaturwechsel ihre wechselseitigen Kontakteigenschaften einbüßen, und es hierdurch zu einer kritischen Verschlechterung des elektrischen Kontaktes zwischen der elektrischen Kontakteinrichtung und insbesondere der Kontaktschicht der elektrischen Heizeinrichtung kommen kann. Im ungünstigsten Fall kann sich beispielweise die Kontaktschicht von der elektrischen Heizeinrichtung lösen.
  • Es versteht sich, dass die elektrische Heizvorrichtung sehr hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist. So kann der Temperatureinsatzbereich der vorliegenden elektrischen Heizvorrichtung im Bereich von -40 °C bis 80 °C liegen, ohne dass die elektrische Heizvorrichtung selbst aktiviert ist. Bei aktivierter elektrischer Heizvorrichtung können die Einsatztemperaturen problemlos bis zu 120 °C betragen. So können Temperaturunterschiede von bis zu 160 °C entstehen. Beispielsweise kann dies geschehen, wenn die elektrische Heizvorrichtung bei -40 °C Außentemperatur eingeschaltet wird, aber jedoch noch keine Lüftungsluft zur Kühlung der elektrischen Heizeinrichtung durch die elektrische Heizvorrichtung hindurch geleitet wird. Auf Grund unterschiedlicher Temperaturausdehnungskoeffizienten der einzelnen Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung können an den Kontakt- bzw. Fügestellen der Komponenten schnell kritische Spannungen auftreten, wodurch es beispielsweise zu den vorstehend genannten Ablöseerscheinungen an der Kontaktschicht kommen kann.
  • Vorteilhafter Weise können derartig kritische mechanische Spannungen zwischen einzelnen, insbesondere miteinander verklebten, Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung mittels der vorliegenden Ausgleichsmittel besonders gut unterbunden werden. So ist selbst an vorhandenen Klebeverbindungen die Gefahr reduziert, dass sich die Klebeverbindung zwischen zwei Komponenten löst bzw. schlimmsten Falls abreißt, wodurch es auch zu gefährlichen Micro-Lichtbögen kommen könnte.
  • Aus diesen Gründen ist so auch eine besonders gute Dauerfestigkeit aller Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung gewährleistet, insbesondere in verklebten Kontaktbereichen.
  • Mit dem Begriff "elektrische Vorrichtung zum Heizen", kurz elektrische Heizvorrichtung genannt, sind im Besonderen Heizvorrichtungen erfasst, mittels welchen eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeuges ausschließlich oder zusätzlich geheizt werden kann. Derartige elektrische Heizvorrichtungen sind besonders dann erfolgreich eingesetzt werden, wenn eine reguläre Heizvorrichtung eines Kraftfahrzeuges noch nicht ausreichend gut von einem Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges erwärmt werden kann. In einem solchen Fall kann die vorliegende elektrische Heizvorrichtung eine der Fahrgastzelle zugeführte Lüftungsluft vorteilhaft erwärmen, so dass die Fahrgastzelle beispielsweise bereits kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine geheizt werden kann. In diesem Zusammenhang wird die elektrische Heizvorrichtung oftmals auch nur als Zuheizvorrichtung an einem Kraftfahrzeug eingesetzt und kann somit auch als elektrischer Zuheizer bezeichnet werden.
  • Mittels des Begriffes "elektrische Heizeinrichtung" werden im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Einrichtungen beschrieben, welche sich bei einem Hindurchleiten von Elektrizität derart erhitzen können, dass sie eine Lüftungsluft zum Heizen einer Fahrgastzelle erwärmen können. Vorzugsweise ist die elektrische Heizeinrichtung hierbei als eine Kaltleiterkomponente der elektrischen Heizvorrichtung ausgelegt.
  • Unter einer "elektrischen Kontakteinrichtung" versteht man vorliegend jegliche Einrichtung, mittels welcher einer elektrischen Heizeinrichtung Elektrizität zugeführt werden kann.
  • Der Begriff "Kontaktschicht" bezeichnet in diesem Zusammenhang jegliche Gebilde, mittels welcher ein elektrischer Kontakt zwischen einer elektrischen Heizeinrichtung und einer elektrischen Kontakteinrichtung besonders gut gestaltet sein kann. Eine solche Kontaktschicht ist ausdrücklich bei elektrischen Heizeinrichtungen aus Kunststoff vorteilhaft, da die Kontaktschicht einen Übergangswiderstand zu dem Kunststoff reduzieren kann, wodurch eine besonders hohe Leistungsdichte erzielbar ist. Mittels einer geeigneten Kontaktschicht können zudem wesentlich mehr Klebstoffe an der elektrischen Heizvorrichtung verwendet werden. Dies liegt unter anderem daran, dass im Zusammenhang mit einem Kunststoffkörper als elektrische Heizeinrichtung nur spezielle Klebstoffe zum Einsatz kommen können.
  • Vorzugsweise umfasst die Kontaktschicht Zinn, Silber und/oder Gold. So wird vorzugsweise hinsichtlich der Kontaktschicht eine Metallschicht eingesetzt, die eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, wie sie auch bei üblichen elektrischen Steckverbindungen eingesetzt werden kann.
  • Mit dem "Kontaktbereich" sind idealerweise alle Kontaktstellen zwischen einer elektrischen Kontakteinrichtung und einer elektrischen Heizeinrichtung, insbesondere einer dort vorgesehenen Kontaktschicht, erfasst, die einen Übergang von Elektrizität etwa von der elektrischen Kontakteinrichtung zu der elektrischen Heizeinrichtung ermöglichen.
  • Es versteht sich, dass die erfindungsgemäßen Ausgleichsmittel vielfältiger Gestalt sein können, etwa durch mechanische Federelemente im Kontaktbereich zwischen der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung, um im Speziellen kritische mechanische Spannungen ausgleichen zu können, welche beispielsweise von den betroffenen Komponenten alleine nicht ausgleichbar sind.
  • Konstruktiv besonders einfach sowie sehr effektiv lassen sich die Ausgleichsmittel bereitstellen, wenn die Ausgleichsmittel wenigstens eine weitere Materialschicht in dem Kontaktbereich der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung bereitstellen. Hierdurch könnten die Ausgleichsmittel in Form einer weiteren Materialschicht idealerweise direkt mit dem Aufbringen der vorstehend erläuterten Kontaktschicht an der elektrischen Heizvorrichtung realisiert werden.
  • Dabei ist die elektrische Heizeinrichtung aus einem Kunststoff hergestellt. Aus Kunststoff hergestellte elektrische Heizeinrichtungen sind in ihrer Formgebung nahezu uneingeschränkt und mit bekannten Herstellverfahren, wie beispielsweise mittels eines Spritzgießens, sehr kostengünstig herstellbar. Hierdurch ist es problemlos möglich, die gesamte elektrische Heizvorrichtung derart kompakt zu gestalten, dass sie nicht nur zentral in einer Kraftfahrzeugheizung, beispielsweise in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges, sondern auch dezentral, beispielsweise in oder vor Ausströmöffnungen der Kraftfahrzeugheizung, angebracht werden können. Vorzugsweise bildet ein Kunststoffkörper die elektrische Heizeinrichtung derart, dass der Kunststoffkörper die einzige wärmeerzeugende elektrische Heizeinrichtung ist. Ist der Kunststoffkörper, wie in der Figurenbeschreibung noch erläutert, darüber hinaus als Kunststoffrippenkörper geformt, kann er im Wesentlichen auch die einzige wärmeabgebende Oberfläche der elektrischen Heizvorrichtung bilden. Ein besonders kompakt und leicht bauendes Design der elektrischen Heizvorrichtung kann verwirklicht werden, wenn insbesondere die elektrische Kontakteinrichtung mit der Kontaktschicht der elektrischen Heizeinrichtung verklebt wird. Die elektrische Kontakteinrichtung wiederum kann Elektrizität besonders gut leiten, wenn sie aus einem Aluminium oder einer Legierung hiervon oder aus einer Kupferlegierung hergestellt ist. Es ist unstrittig, dass sich eine elektrische Kontakteinrichtung, etwa aus einer Kupferlegierung, eine elektrische Heizeinrichtung aus einem Kunststoffkörper sowie ein Klebstoff zum Verbinden der beiden Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung bei einer Temperaturerhöhung unterschiedlich stark und unterschiedlich schnell ausdehnen können. Hierdurch kann es zu Schäden an der Heizvorrichtung kommen, die den elektrischen Kontakt zwischen den Komponenten signifikant stören können.
  • Mit der wenigstens einen weiteren Materialschicht können kritische Spannungen auf Grund solch unterschiedlicher Ausdehnungen, insbesondere an geklebten Kontaktstellen eines Kontaktbereiches, vorteilhaft ausgeglichen werden, so dass auch die Gefahr verringert ist, dass die einzelnen Komponenten im Kontaktbereich auseinander reißen.
  • Auf Grund der Tatsache, dass im Kontaktbereich bereits eine einzige zusätzliche Materialschicht neben der herkömmlichen Kontaktschicht die vorstehend erläuterten Gefahren wesentlich reduzieren kann, ist eine zweischichtige Kontaktbeschichtung aus der Kontaktschicht und der weiteren auf der elektrischen Heizeinrichtung aufgetragenen Materialschicht im Kontaktbereich vorteilhaft.
  • Die wenigstens eine weitere Materialschicht kann vielfältige funktionale Eigenschaften aufweisen. Insbesondere können vorliegend jegliche Materialschichten eingesetzt werden, die im Sinne der erläuterten Ausgleichsmittel kritische Spannungen im Kontaktbereich ausgleichen. Eine in diesem Zusammenhang bevorzugte Ausführungsvariante sieht hierbei vor, dass die Ausgleichsmittel von einem Haftvermittler gebildet sind, welcher zwischen der Kontaktschicht und der elektrischen Heizeinrichtung angeordnet ist.
  • Vorteilhafter Weise ist die Verbindung zwischen einem Kunststoffkörper und einer Kontaktschicht wesentlich verstärkt, wenn zusätzlich ein Haftvermittler verwendet wird, mittels welchem der Kontakt zwischen dem Kunststoffkörper und der Kontaktschicht erheblich intensiviert werden kann. Hierdurch kann insbesondere die Gefahr verringert werden, dass sich die Kontaktschicht von dem Kunststoffkörper selbst bei starken Temperaturschwankungen löst.
  • Dabei umfasst der Haftvermittler Chrom. Der Haftvermittler kann hierbei als dünne Haftschicht auf den Kunststoffkörper einer elektrischen Heizeinrichtung aufgetragen werden, wobei die Haftschicht vorzugsweise aus Chrom besteht, da Chrom einerseits sehr reaktiv ist und andererseits die Haftfestigkeit der Kontaktschicht steigern kann. Insbesondere bei Kunststoffkörpern aus Polyethylen (PE) ist es vorteilhaft, wenn zum Beschichten des Kunststoffkörpers auf das PVD-Verfahren im Vakuum zurückgegriffen wird. Hierdurch kann eine besonders innige Verbindung zwischen dem Haftvermittler und der elektrischen Heizeinrichtung aus einem Kunststoffkörper gewährleistet werden.
  • In Praxistests hat sich zudem heraus gestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn der Haftvermittler eine Haftvermittlerdicke zwischen 5 nm und 500 nm, vorzugsweise zwischen 20 nm und 150 nm, aufweist. Eine Haftvermittlerdicke zwischen 20 nm und 150 nm bewirkt bereits eine deutliche Reduzierung der Gefahr, dass die Kontaktschicht auf Grund von kritischen Spannungen in einem Kontaktbereich einen Defekt erleidet.
  • Um eine besonders gute Haftfestigkeit des Haftvermittlers auf einem Kunststoffkörper der elektrischen Heizeinrichtung zu erzielen, sollte der Kunststoffkörper vorgereinigt werden, beispielsweise mit Aceton, und idealerweise vor einem Beschichtungsprozess in der Vakuumkammer einer Plasmareinigung unterzogen werden. Sinnvollerweise wird der Schichtaufbau in einem Beschichtungsprozess nacheinander durchgeführt. Optional kann auch nach dem Auftragen des Haftvermittlers im PVD-Verfahren der Kunststoffkörper einer Galvanisierung unterzogen werden, beispielsweise beim Aufbringen einer Kontaktschicht.
  • Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante sieht vor, dass Mittel zum Reduzieren von Zugkräftebeanspruchungen in dem Kontaktbereich der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung, insbesondere an einem heizeinrichtungsseitigen Haftvermittler, vorgesehen sind.
  • Dabei können an der elektrischen Heizvorrichtung Mittel zum Reduzieren von Zugkräftebeanspruchungen, kurz Reduziermittel genannt, vorgesehen sein. Insbesondere auf die Kontaktschicht im Kontaktbereich einer elektrischen Heizeinrichtung und einer elektrischen Kontakteinrichtung kann eine sehr hohe Zugbeanspruchung wirken, wenn sich die elektrische Heizeinrichtung und die elektrische Kontakteinrichtung auf Grund von Temperaturschwankungen unterschiedlich stark und/oder schnell ausdehnen.
  • Mittel solcher Reduziermittel kann die Dauerfestigkeit aller Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung weiter verbessert werden.
  • Baulich besonders einfach sind die Reduziermittel von einer Zwischenschicht gebildet, welche zwischen der Kontaktschicht und einem Haftvermittler angeordnet ist.
  • Bei einer solchen Ausführungsvariante ist im Kontaktbereich eine dreischichtige Kontaktbeschichtung geschaffen, mittels welcher vorteilhafter Weise eine kritische Beanspruchung der dort vorhandenen Kontaktschicht besonders gut vermieden werden kann.
  • Vorteilhaft ist es weiter, wenn die Zwischenschicht Kupfer umfasst. Insbesondere die Zwischenschicht kann auftretende Kräfte innerhalb der Kontaktbeschichtung sehr gut verteilen, wodurch insbesondere die Zugkräftebeanspruchung zwischen dem Haftvermittler und der elektrischen Heizeinrichtung beziehungsweise eines Kunststoffkörpers der elektrischen Heizvorrichtung reduzieren werden kann. Idealerweise wird mit dem Material Kupfer als Zwischenschicht ein relativ weiches Material eingesetzt.
  • Es versteht sich, dass auch die Zwischenschicht nahezu beliebig stark ausgebildet sein kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich die Zwischenschicht besonders gut auf eine Klebeverbindung auswirken kann, wenn die Zwischenschicht eine Zwischenschichtdicke zwischen 0,5 µm und 15 µm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 5 µm, aufweist.
  • Ist in einem Kontaktbereich keine Klebeverbindung vorgesehen, sondern werden die Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung mechanisch miteinander verspannt, kann gegebenenfalls auf die Zwischenschicht verzichtet werden, so dass die Kontaktbeschichtung lediglich den zuvor beschriebenen zweischichtigen Schichtaufbau aufweisen kann.
  • Eine besonders innige und betriebssichere Verbindung der Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung in einem Kontaktbereich kann bereits geschaffen werden, wenn kontakteinrichtungsseitig die Kontaktschicht und heizeinrichtungsseitig ein Haftvermittler angeordnet sind, und wenn zwischen der Kontaktschicht und dem Haftvermittler eine Zwischenschicht angeordnet ist.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht eine Kontaktbeschichtung mit einem Schichtaufbau aus Kontaktschicht, Zwischenschicht und Haftvermittler vor. Mittels einer derartig aufgebauten Kontaktbeschichtung können Mittel zum Ausgleichen von mechanischen Spannungen in dem Kontaktbereich zwischen der elektrischen Heizeinrichtung und der elektrischen Kontakteinrichtung der elektrischen Heizvorrichtung und insbesondere auch Mittel zum Reduzieren von Zugkräftebeanspruchungen in dem Kontaktbereich konstruktiv besonders kompakt realisiert werden.
  • Vorteilhafterweise weist die Kontaktbeschichtung eine Gesamtschichtdicke zwischen 0,2 µm und 30 µm, vorzugsweise zwischen 2 µm und 10 µm, auf.
  • Eine derart ausgelegte Gesamtschichtdicke zeigt insbesondere eine sehr gute Abriebsfestigkeit und darüber hinaus eine besonders gute Durchschlagsfestigkeit hinsichtlich Mikro-Lichtbögen im Kontaktbereich der elektrischen Heizvorrichtung. Es versteht sich, dass die Gesamtschichtdicke der Kontaktbeschichtung höher gewählt werden kann. Jedoch entstehen hierdurch keine wesentlichen Vorteile hinsichtlich einer verbesserten Abriebsfestigkeit beziehungsweise einer verbesserten Durchschlagsfestigkeit bei Mikro-Lichtbögen im Kontaktbereich der elektrischen Heizvorrichtung. Zudem führen höhere Gesamtschichtdicken zu höheren Kosten bei keinem oder einem nur zu vernachlässigenden geringen Mehmutzen.
  • Der Begriff "Kontaktbeschichtung" zeichnet sich im Sinne der vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass die Kontaktbeschichtung wenigstens zwei Materialschichten umfasst. Hierdurch unterscheidet sich die Kontaktbeschichtung gegenüber einer herkömmlich verwendeten Kontaktschicht, die lediglich aus einer Materialschicht, wenn auch gegebenenfalls mehrlagig, besteht. Entscheidend für eine dauerhaft gute Kontaktbeschichtung ist auch die Wahl der verwendeten Materialien, um die unterschiedlichen Materialschichten der Kontaktbeschichtung vorteilhaft gestalteten zu können. Idealerweise ist die vorliegende Kontaktbeschichtung dreischichtig aufgebaut, so dass sie Reiativbewegungen insbesondere zwischen miteinander verklebten Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung besonders gut kompensieren kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der vorliegenden Kontaktbeschichtung um eine Metallisierung insbesondere einer Kunststoffoberfläche, bei welcher alle Materialschichten der Kontaktbeschichtung gute elektrisch leitende Eigenschaften aufweisen.
  • Da die vorliegende Kontaktbeschichtung mit ihrem außergewöhnlichen Schichtaufbau herkömmliche elektrische Heizvorrichtungen auch ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft weiter bildet, sind alle im Zusammenhang mit der Kontaktbeschichtung erläuterten Merkmale für sich oder in Kombination untereinander außerordentlich vorteilhaft.
  • Im Zusammenhang mit der vorliegenden Kontaktbeschichtung kann die Kontaktschicht auch als Ober- bzw. Deckschicht bezeichnet werden, an welche beispielsweise eine elektrische Kontakteinrichtung der elektrischen Heizvorrichtung angeklebt ist. Weist die Kontaktschicht hierbei eine Kontaktschichtdicke zwischen 0,5 µm und 15 µm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 5 µm, auf, ist die Kontaktschicht bereits ausreichend stark ausgebildet, um dauerhaft einen stabilen und guten elektrischen Kontakt gewährleisten zu können.
  • Wie eingangs bereits erläutert, ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Heizeinrichtung einen Kaltleiterkörper umfasst, dessen elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur ansteigt, so dass die elektrische Heizeinrichtung im Wesentlichen eine konstante Heizleistung erbringt.
  • Die elektrische Heizeinrichtung kann hierbei unterschiedlich ausgebildet sein. Weist die elektrische Heizeinrichtung, wie vorstehend bereits angedeutet, einen Kunststoffrippenkörper auf, kann sie besonders kompakt bereitgestellt werden, da der Kunststoffrippenkörper unmittelbar von einer Lüftungsluft durchströmt werden kann, wobei sich die Lüftungsluft sehr gut erwärmen kann.
  • Alternativ kann die elektrische Heizeinrichtung auch einen Kunststoffplattenkörper aufweisen, der auf Grund seines Plattenkörpers nicht von einer zu erwärmenden Lüftungsluft durchströmt sondern lediglich umströmt werden kann. Damit insbesondere hinsichtlich eines derartigen Kunststoffplattenkörpers Wärmeenergie an die Lüftungsluft verbessert abgegeben werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Heizvorrichtung Wellrippen aufweist, welche von der zu erwärmenden Lüftungsluft zusätzlich umströmt beziehungsweise durchströmt werden können. Hierdurch ist die Wärmeenergieabgabe der elektrischen Heizeinrichtung an die Lüftungsluft wesentlich verbessert.
  • Es versteht sich, dass derartige Wellrippen vielseitig gestaltet werden können. Einen besonders kompakten Aufbau erhält die elektrische Heizvorrichtung, wenn die elektrische Kontakteinrichtung eine Wellrippe der elektrischen Heizvorrichtung umfasst. Hierdurch ist es baulich besonders einfach möglich, dass der elektrischen Heizeinrichtung mittels einer an der elektrischen Heizeinrichtung angebrachten Wellrippe Elektrizität zugeleitet werden kann.
  • Eine besonders feste Verbindung zwischen der Wellrippe und der elektrischen Heizvorrichtung kann hergestellt werden, wenn die Wellrippe unmittelbar an der Kontaktschicht beziehungsweise an der Kontaktbeschichtung der elektrischen Heizeinrichtung angeordnet ist.
  • Der Begriff "unmittelbar" beschreibt hierbei, dass die Wellrippe als elektrische Kontakteinrichtung direkt auf der Kontaktschicht beziehungsweise auf der Kontaktbeschichtung der elektrischen Heizeinrichtung aufliegt, so dass im Wesentlichen kein weiteres Gebilde zwischen der Wellrippe und der Kontaktschicht beziehungsweise der Kontaktbeschichtung angeordnet ist. Hierdurch kann die Elektrizität von der Wellrippe direkt in die Kontaktschicht beziehungsweise in die Kontaktbeschichtung geleitet werden.
  • Eine in diesem Zusammenhang bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Wellrippe an der Kontaktschicht beziehungsweise an der Kontaktbeschichtung mittels eines elektrischen Isolators, insbesondere eines elektrisch isolierenden Klebstoffes, befestigt ist. Hinsichtlich des unmittelbaren Kontaktes zwischen der Wellrippe und der Kontaktschicht beziehungsweise der Kontaktbeschichtung befindet sich der elektrisch isolierende Klebstoff naturgemäß nicht zwischen der Wellrippe und der Kontaktschicht beziehungsweise der Kontaktbeschichtung.
  • Eine alternative Ausführungsvariante sieht vor, dass die Wellrippe mittelbar an der Kontaktschicht beziehungsweise an der Kontaktbeschichtung der elektrischen Heizeinrichtung angeordnet ist.
  • Der Begriff "mittelbar" beschreibt hierbei eine Verbindung zwischen der Wellrippe als elektrische Kontakteinrichtung und der Kontaktschicht beziehungsweise der Kontaktbeschichtung, bei welcher zwischen der Wellrippe und der Kontaktschicht beziehungsweise der Kontaktbeschichtung ein weiteres Gebilde angeordnet ist, so dass ein elektrischer Kontakt im Wesentlichen nur über dieses weitere Gebilde zwischen der Wellrippe und der Kontaktschicht beziehungsweise der Kontaktbeschichtung zustande kommen kann.
  • Ist die Wellrippe an der Kontaktschicht beziehungsweise an einer Kontaktbeschichtung mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffes befestigt, kann die Wellrippe baulich besonders einfach mittelbar an der Kontaktschicht beziehungsweise an der Kontaktbeschichtung befestigt werden. Mittels des elektrisch leitenden Klebstoffes können vorteilhafter Weise auch besonders großflächige Kontaktstellen im Kontaktbereich zwischen der elektrischen Kontakteinrichtung und der elektrischen Heizeinrichtung gewährleistet werden.
  • Vorzugsweise besitzt ein im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung verwendeter Klebstoff auch nach dem Aushärten ein zumindest elastisches Grundverhalten, so dass auch der zum Einsatz kommende Klebstoff unterschiedliche Ausdehnungsarbeiten hinsichtlich einer elektrischen Heizeinrichtung, einer elektrischen Kontakteinrichtung und einer Kontaktbeschichtung aushalten kann.
  • Alternativ zu den vorstehend beschriebenen Klebeverbindungen können die Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung, insbesondere die elektrische Kontakteinrichtung mit der elektrischen Heizeinrichtung, auch mechanisch miteinander verspannt sein. Hierdurch kann dann auf einen entsprechenden Klebstoff verzichtet werden, jedoch müssen anstelle des Klebstoffes entsprechend geeignete Spannmittel verwendet werden, mittels welchen die Komponenten der elektrischen Heizeinrichtung miteinander dauerhaft verspannt werden können.
  • Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft alternativ gestaltete elektrische Heizvorrichtungen und ihre Komponenten sowie geeignete Herstellverfahren dargestellt sind. Komponenten, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sein, wobei diese Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
    • Es zeigt
    • Figur 1
    schematisch eine perspektivische Ansicht einer elektrischen Heizvorrichtung mit Kunststoffrippenkörpern als elektrische Heizeinrichtungen,
    Figur 2
    schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren elektrischen Heizvorrichtung mit Kunststoffplattenkörpern als elektrische Heizeinrichtungen, mit Wellrippen als Wärmeübertragernetz und mit elektrischen Kontakteinrichtungen,
    Figur 3
    schematisch eine Ansicht einer beidseits mit einer Kontaktbeschichtung versehenen elektrischen Heizeinrichtung,
    Figur 4
    schematisch eine Ansicht eines dreilagigen Schichtaufbaus einer Kontaktbeschichtung beidseits einer elektrischen Heizeinrichtung,
    Figur 5
    schematisch eine Ansicht eines Diagramms mit Kennlinien eines Keramikkaltleiters und eines Kunststoffkaltleiters,
    Figur 6
    schematisch eine Ansicht eines kristallinen und eines amorphen Zustandes eines Kunststoffkaltleiters,
    Figur 7
    schematisch eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Kunststoffrippenkörpers mit Kontaktstegen mit einer dreischichtigen Kontaktbeschichtung,
    Figur 8
    schematisch eine Detailansicht einer Kontaktbeschichtung an den Kontaktstegen des einzelnen Kunststoffrippenkörpers aus der Figur 7,
    Figur 9 schematisch eine Detailansicht eines Kontaktbereiches einer elektrischen Kontakteinrichtung und dem einzigen Kunststoffrippenkörper aus der Figur 7,
    Figuren 10 bis 13 schematisch ein möglicher Verfahrensablauf zum Herstellen einer geklebten elektrischen Heizeinrichtung nach Figur 1,
    Figur 14 schematisch eine Ansicht eines beidseits mit einer dreischichtigen Kontaktbeschichtung versehenen Kunststoffplattenkörpers,
    Figur 15 schematisch eine Detailansicht des Kunststoffplattenkörpers aus der Figur 14,
    Figur 16 schematisch eine weitere Detailansicht des Kunststoffplattenkörpers aus der Figur 14 oder 15 mit einer daran angeordneten Wellrippe,
    Figur 17 schematisch eine Detailansicht eines Heizmoduls der elektrischen Heizvorrichtung aus der Figur 2 bestehend aus einem Kunststoffplattenkörper mit beidseits daran angeordneten dreischichtigen Kontaktbeschichtungen, aus zwei Wellrippen und aus zwei elektrischen Kontaktblechen,
    Figur 18 schematisch eine Detailansicht einer Klebeverbindung zwischen der oberen Wellrippe des Heizmoduls aus der Figur 17 und der oberen dreischichtigen Kontaktbeschichtung einerseits und einem der beiden Kontaktblechen andererseits,
    Figur 19 schematisch eine Ansicht eines weiteren Heizmoduls einer elektrischen Heizvorrichtung mit einem Kunststoffplattenkörper mit beidseits angebrachten dreischichtigen Kontaktbeschichtungen, und mit Trapezwellrippen,
    Figur 20 schematisch eine Detailansicht einer Klebeverbindung zwischen den Trapezwellrippen aus der Figur 19 und dem diesbezüglichen Kunststoffplattenkörper,
    Figur 21 schematisch eine Ansicht einer weiteren elektrischen Heizeinrichtung aus einem beidseits mit dreischichtigen Kontaktbeschichtungen versehenen Kunststoffplattenkörper und daran befestigten Wellrippen als direkte elektrische Kontakteinrichtung der elektrischen Heizeinrichtung,
    Figur 22 schematisch eine Detailansicht einer alternativen Klebeverbindung zwischen einem beidseits mit dreischichtigen Kontaktbeschichtungen beschichteten Kunststoffplattenkörper und Wellrippen, wobei die Klebeverbindung einen elektrisch leitenden Kleber umfasst,
    Figuren 23 bis 25 alternative Auftragsverfahren eines Klebstoffes einer unmittelbaren Klebeverbindung aus der Figur 25,
    Figuren 26 bis 31 schematisch ein möglicher Verfahrensablauf zum Herstellen einer geklebten elektrischen Heizeinrichtung nach Figur 2,
    Figur 32 schematisch eine Ansicht einer geklammerten elektrischen Heizvorrichtung mit Kunststoffplattenkörpern als elektrische Heizeinrichtung und mit daran mechanisch gespannten Wellrippen und Kontaktblechen als elektrische Kontakteinrichtungen, und
    Figur 33 schematisch eine perspektivische Ansicht einer geklammerten elektrischen Heizvorrichtung mit einem Kunststoffrippenkörpern als elektrische Heizeinrichtungen und einem daran mechanisch gespannten elektrischen Kontaktblech.
  • Die in der Figur 1 gezeigte elektrische Heizvorrichtung 1 ist für den Einbau in eine Klimaanlage eines hier nicht gezeigten Kraftfahrzeuges vorgesehen. Die elektrische Heizvorrichtung 1 umfasst insgesamt vier elektrische Heizeinrichtungen 2 (hier nur exemplarisch beziffert), welche jeweils als Kunststoffrippenkörper 3 ausgebildet sind. Die Kunststoffrippenkörper 3 sind mittels eines Kunststoffspritzverfahrens hergestellt. Sie können aber auch extrudiert, gesintert oder mit einem anderen geeigneten Verfahren hergestellt werden.
  • An ihren radialen Enden 4 und 5, welche hinsichtlich einer Längsebene 6 der elektrischen Heizeinrichtung 2 radial angeordnet sind, ist jede der elektrischen Heizeinrichtungen 2 mit einer ersten elektrischen Kontakteinrichtung 7 und einer zweiten elektrischen Kontakteinrichtung 8 versehen, wobei jede der elektrischen Kontakteinrichtungen 7 beziehungsweise 8 einen elektrischen Anschluss 9 (hier nur exemplarisch beziffert) umfasst. Um den elektrischen Kontakt zwischen den elektrischen Kontakteinrichtungen 7 beziehungsweise 8 und der jeweiligen Heizeinrichtung 2 wesentlich zu verbessern, ist in einem der jeweiligen Kontaktbereiche 10 eine im nachfolgenden noch detaillierter beschriebene Kontaktbeschichtung 11 (siehe insbesondere Figur 4) vorgesehen.
  • Insbesondere weist die elektrische Heizvorrichtung 1 in dem jeweiligen Kontaktbericht 10 vorteilhafter Weise Mittel 12 zum Ausgleichen von mechanischen Spannungen (siehe insbesondere Figur 4) auf, so dass selbst elektrische Heizeinrichtungen 2 und elektrische Kontakteinrichtungen 7, 8 mit stark voneinander abweichenden Ausdehnungskoeffizienten betriebssicher und dauerhaft miteinander verbunden werden können. Hierdurch ist die Dauerfestigkeit der elektrischen Heizvorrichtung 1 wesentlich erhöht.
  • Mittels des Kunststoffrippenkörpers 3 kann eine Lüftungsluft 13, mittels welcher eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges geheizt werden soll, baulich besonders einfach erwärmt werden.
  • Die elektrische Heizvorrichtung 1 kann vorteilhafter Weise modular aufgebaut werden, wenn ein Kunststoffrippenkörper 3 und ein bzw. zwei elektrische Kontakteinrichtungen 7, 8 zu einem Heizmodul 14 zusammen geklebt und somit kompakt zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise sind 2 bis 8 solcher Module 14 miteinander verklebt. Die einzelnen Heizmodule 14 können hierbei gemeinsam oder getrennt jeweils über den elektrischen Anschluss angesteuert werden.
  • Hinsichtlich der weiteren elektrischen Heizvorrichtung 101 aus der Figur 2 sind die elektrischen Heizeinrichtungen 2 nicht als Kunststoffrippenkörper 3 ausgebildet, sondern als Kunststoffplattenkörper 15 (hier der Übersichtlichkeit halber nur exemplarisch beziffert).
  • Der Kunststoffplattenkörper 15 ist hierbei jeweils beidseits mit einer Kontaktbeschichtung 11 (hier nur exemplarisch beziffert) ausgestattet. Da der Kunststoffplattenkörper 15 als elektrische Heizeinrichtung 2 an sich keine Rippenkontur aufweist, über welche Wärmeenergie der elektrischen Heizeinrichtung 2 vorteilhaft an Lüftungsluft 13 abgegeben werden kann, ist an jeder der elektrischen Heizeinrichtungen 2 beziehungsweise an deren Kontaktbeschichtungen 11 jeweils eine Wellrippe 16 aus Metall befestigt, wobei die Wärmeenergie der elektrischen Heizeinrichtungen 2 an die Wellrippen 16 übertragen werden kann. Die Lüftungsluft 13 kann diese Wellrippen 16 durchströmen, wodurch die von den elektrischen Heizeinrichtungen 2 erzeugte Wärmeenergie dann mittels der Wellrippen 16 an die Lüftungsluft 13 großflächig und daher vorteilhaft abgegeben werden kann. Eine außergewöhnlich gute Wärmeleitfähigkeit der Wellrippen 16 kann hier gewährleistet werden, wenn sie aus Aluminium hergestellt sind.
  • In diesem Ausführungsbeispiel sind die Wellrippen 16 jeweils an der Kontaktbeschichtung 11 der elektrischen Heizeinrichtungen 2 angeklebt, so dass die Wellrippen 16 mit der elektrischen Heizeinrichtung 2 beziehungsweise der jeweiligen Kontaktbeschichtung 11 vorteilhaft und baulich einfach in Kontakt stehen können.
  • Die Versorgung mit Elektrizität der elektrischen Heizeinrichtungen 2 ist mittels elektrischer Kontakteinrichtungen 7 und 8 gewährleistet, wobei die Elektrizität von den Kontakteinrichtungen 7 beziehungsweise 8 über die Wellrippen 16 in den jeweiligen Kunststoffplattenkörper 15 eingeleitet werden kann. Der elektrische Anschluss der elektrischen Kontakteinrichtungen 7 beziehungsweise 8 kann Ober einen elektrischen Anschluss 9 hergestellt werden. Die elektrischen Kontakteinrichtungen 7 und 8 sind bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls als flache Kontaktbleche gestaltet.
  • Hinsichtlich der elektrischen Heizvorrichtung 101 besteht ein Heizmodul 14 vorzugsweise aus einem Kunststoffplattenkörper 15, zwei Wellrippen 16 sowie einer ersten Kontakteinrichtung 7 und einer zweiten Kontakteinrichtung 8, wobei auch hier jedes der Heizmodule 14 einzeln ansteuerbar ist.
  • Bei den vorliegend erläuterten elektrischen Heizeinrichtungen 2 handelt es sich um Kaltleitkörper, welche aus Kunststoff hergestellt sind. Hierdurch lassen sich die elektrischen Heizeinrichtungen 1, 101 wesentlich kostengünstiger herstellen und zudem vielfältiger gestalten, beispielsweise unmittelbar als Kunststoffrippenkörper 3.
  • Ist eine elektrische Heizeinrichtung 2 (siehe Figur 3) beidseits mittels einer Kontaktbeschichtung 11 versehen, bietet die elektrische Heizeinrichtung 2 mitsamt seiner beiden Kontaktbeschichtungen 11 einen Gesamtwiderstand 20 für einen elektrischen Stromfluss 21. Hierbei sind jeweils ein Minuspol 22 und ein Pluspol 23 schematisch eingezeichnet. Der Gesamtwiderstand 20 ergibt sich aus einem ersten Oberflächenwiderstand 24, einem ersten Übergangswiderstand 25, einem Durchgangswiderstand 26, einem zweiten Übergangswiderstand 27 und einem zweiten Oberflächenwiderstand 28.
  • Die Oberflächenwiderstände 24 und 28 hängen hierbei im Wesentlichen von der Qualität der Verbindung zwischen der elektrischen Kontakteinrichtung 7 beziehungsweise 8 und der Kontaktbeschichtung 11 ab.
  • Die Übergangswiderstände 25 und 27 ergeben sich im Wesentlichen aus dem Aufbau der Kontaktbeschichtung 11.
  • Der Durchgangswiderstand 26 hängt dagegen im Wesentlichen von dem Material ab, aus welchem die elektrische Heizeinrichtung 2 hergestellt ist. Auch spielt die gewählte Dicke 29 der elektrischen Heizeinrichtung 2 eine wesentliche Rolle hinsichtlich des Durchgangswiderstandes 26.
  • Am Beispiel einer weiter detaillierten Darstellung einer elektrischen Heizeinrichtung 2 in Form eines beidseits mit einer Kontaktbeschichtung 11 versehenen Kunststoffplattenkörpers 15 ist ein bevorzugter Schichtaufbau 31 der Kontaktbeschichtung 11 dargestellt.
  • Der Schichtaufbau 31 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer ersten Schicht 32, einer zweiten Schicht 33 und einer dritten Schicht 34. Die erste Schicht 32 bildet hierbei eine Kontaktschicht 35 der Kontaktbeschichtung 11, mittels welcher die elektrische Heizeinrichtung 2 mit einer elektrischen Kontakteinrichtung 7, 8 in Kontakt treten kann. Die zweite Schicht 33 bildet bei diesem Ausführungsbeispiel eine Zwischenschicht 36, mittels welcher die Kontaktschicht 35 vorliegend an der dritten Schicht 34 der Kontaktbeschichtung 11 verbunden werden kann. Die dritte Schicht 34 ist vorliegend von einem Haftvermittler 37 gebildet, mittels welcher die Kontaktbeschichtung 11 eine besonders innige Verbindung mit der elektrischen Heizeinrichtung 2 eingehen kann.
  • Insbesondere der Haftvermittler 37 stellt eine weitere Materialschicht 38 in einem Kontaktbereich 10 (siehe insbesondere Figur) zwischen der elektrischen Heizeinrichtung 2 und einer der elektrischen Kontakteinrichtungen 7 beziehungsweise 8 bereit, mittels welcher vorteilhaft die Mittel 12 zum Ausgleichen von mechanischen Spannungen in dem Kontaktbereich 10 geschaffen werden können.
  • In einem sehr einfachen, hier jedoch nicht gezeigten Ausführungsbeispiel, kann der Haftvermittler 37 in Verbindung mit der Kontaktschicht 35 ein zweischichtiges Ausgleichsmittel bilden.
  • Während der Haftvermittler 37 hier jedoch im Wesentlichen die Ausgleichsmittel 12 bildet, stellt die Zwischenschicht 36 Mittel 39 zum Reduzieren von Zugkräftebeanspruchungen in einem Kontaktbereich 10 (siehe insbesondere Figur 1) der elektrischen Heizeinrichtung 2 und der elektrischen Kontakteinrichtung 7 beziehungsweise 8, insbesondere an einem heizeinrichtungsseitigen Haftvermittler 37, dar.
  • In einem weiteren hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel könnte eine vorteilhafte Kontaktbeschichtung auch lediglich aus der Kontaktschicht 35 und der zweiten Schicht 33 als Reduziermittel 39 von Zugkräftebeanspruchungen innerhalb der Kontaktbeschichtung 11 aufgebaut sein.
  • Der Schichtaufbau 31 nach der Figur 4 weist jedoch kontakteinrichtungsseitig die Kontaktschicht 35 und heizeinrichtungsseitig den Haftvermittler 37 auf, wobei zwischen der Kontaktschicht 35 und dem Haftvermittler 37 zusätzlich noch eine Zwischenschicht 36 angeordnet ist.
  • Um eine besonders gute Abriebsfestigkeit sowie Durchschlagsfestigkeit hinsichtlich Mikro-Lichtbögen zu gewährleisten, hat die Kontaktbeschichtung 11 des Schichtaufbaus 31 eine Gesamtschichtdicke 40 von 8 µm.
  • Die hier verwendete Kontaktschicht 35 besteht aus einer Silberlegierung, so dass ein guter Kontakt zwischen einer elektrischen Kontakteinrichtung 7 oder 8 und der Kontaktschicht 35 gewährleistet werden kann.
  • Die Ausgleichmittel 12 beziehungsweise der Haftvermittler 37 weist hierbei Chrom auf, da Chrom sehr reaktiv ist und eine gute Haftfestigkeit der Kontaktbeschichtung 11 an der elektrischen Heizeinrichtung 2 gewährleisten kann. Zugkräftebeanspruchungen insbesondere innerhalb der Kontaktbeschichtung 11 können vorteilhaft reduziert werden, wenn die Zwischenschicht 36 aus Kupfer beziehungsweise einer geeigneten Kupferlegierung hergestellt ist. Insbesondere Kupfer ist ein hervorragender elektrischer Leiter und ein weiches Material, welches gut Zugbeanspruchungen kompensieren kann.
  • Mittels des hier beschriebenen Schichtaufbaus 31 der Kontaktbeschichtung 11 kann wirkungsvoll verhindert werden, dass insbesondere die Kontaktschicht 35 von der elektrischen Heizeinrichtung 2 abreißt, wenn eine derart ausgestattete elektrische Heizvorrichtung 1 beziehungsweise 101 starken Temperaturunterschieden ausgesetzt wird. Hierdurch ist die Dauerfestigkeit der elektrischen Heizvorrichtung 1, 101 besonders vorteilhaft erhöht.
  • Die Kontaktbeschichtung 11 kann insbesondere auf die Heizeinrichtung 2 vorteilhaft mittels Bedampfen, zum Beispiel einer PVD-Beschichtung bei einem Kunststoffkörper aus PE, mittels einer zumindest teilweisen galvanischen Ausscheidung und/oder mittels einer etwa selbstklebenden Metallfolie aufgebracht werden.
  • Das in der Figur 5 gezeigte Diagramm 45 zeigt einen Zusammenhang einer PTC-Keramik 46 gegenüber einem ersten PTC-Kunststoff 47 und einem weiteren PTC-Kunststoff 48. In dem Diagramm 45 ist insbesondere der Zusammenhang zwischen dem spezifischen Widerstand R und der Temperatur T hinsichtlich der PTC-Werkstoffe 46, 47 und 48 dargestellt, wobei gut erkennbar ist, dass der jeweilige R-T-Gradient, welcher ein Maß für ein Abregelverhalten eines Kaltleiters beschreiben kann, der PTC-Kunststoffe 47 und 48 mindestens so steil verläuft wie der der PTC-Keramik 46, wodurch die PTC-Kunststoffe 47 und 48 ebenfalls besonders gut für elektrische Heizeinrichtungen 2 eingesetzt werden können.
  • Je nach Komposition des PTC-Kunststoffes 47, 48 kann die jeweilige diesbezügliche R-T-Kennlinie in einem wählbaren Einstellbereich 49 eingestellt werden. Insbesondere ergeben sich hierdurch unterschiedliche Einsatzbereiche 50 beziehungsweise 51, welche in dem Diagramm 45 jeweils grau hinterlegt dargestellt sind.
  • Die unterschiedlichen Kunststoffkompositionen können beispielsweise dadurch geschaffen werden, dass ein Polyolefin mit unterschiedlich vielen Russanteilen versehen wird. Die Russanteile stellen hierbei Kohlenstoffanteile in dem jeweiligen Kunststoff 47, 48 bereit, welche im Kunststoff 47, 48 angeordnet sind (siehe Figur 6). Bei durchschnittlicher Umgebungstemperatur bzw. einer entsprechenden Raumtemperatur weist ein Kunststoffkörper 52 im Wesentlichen einen kristallinen Aufbau 53 auf, bei welchem die Kohlenstoffanteile als elektrisch leitende Kohlenstoffketten 54 ausgebildet sein können. Hierdurch ist der Kunststoffkörper 52 niederohmig.
  • Betrachtet man den gleichen Kunststoffkörper 52 bei einer höheren Temperatur, ergibt sich ein im Wesentlichen amorpher Aufbau 55, bei welchem die elektrisch leitenden Kohlenstoffketten 54 in einzeln verteilte Kohlenstoffkettenstücke 56 unterteilt sind, so dass der Kunststoffkörper 52 hochohmig ist.
  • Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Kunststoffkörper 52 um einen Kaltleiter, dessen elektrische Leitfähigkeit mit steigender Temperatur 57 abnimmt. Sobald die Temperatur wieder sinkt 58, kann die elektrische Leitfähigkeit des Kunststoffkörpers 52 wieder zu nehmen, da die Kohlenstoffteilchen sich wieder zu elektrisch leitenden Kohlenstoffketten 54 zusammensetzen können.
  • Der in den Figuren 7 bis 9 gezeigte Kunststoffrippenkörper 3 ist an seinen beiden radialen Enden 4 und 5 jeweils mit einer Vielzahl von Kontaktstegen 60 ausgestattet. Der Kunststoffrippenkörper 3 kann von einer Lüftungsluft 13 durchströmt werden, wobei er die Lüftungsluft 13 erwärmen kann, sofern er selbst erhitzt ist.
  • An den Kontaktstegen 60 kann eine elektrische Kontakteinrichtung 8 angeklebt werden (siehe Detailansicht der Figur 9). Um eine Klebeverbindung 61 mit einer besonders hohen Dauerfestigkeit zwischen den Kontaktstegen 60 und der Kontakteinrichtung 8 herstellen zu können, sind die Kontaktstege 60 mit der zuvor beschriebenen Kontaktbeschichtung 11 beschichtet (siehe insbesondere Figur 8).
  • Wird nun Elektrizität 62 in die elektrische Kontakteinrichtung 8 eingeleitet, durchfließt ein Stromfluss 21 (hier nur exemplarisch an einem von vier vertikalen Pfeilen eingezeichnet) den Kunststoffrippenkörper 3, wodurch dieser sich erwärmen kann. Vorzugsweise ist der Stromfluss 21 hierbei in Richtung der Kontaktstege 60 ausgerichtet, so dass ein möglichst langer Stromfluss 21 durch den Kunststoffrippenkörper 3 und damit eine besonders gute Erwärmung des Kunststoffrippenkörpers 3 erzielt werden kann.
  • Vorteilhafter Weise können der Oberflächenwiderstand 24, 28 und die Übergangswiderstände 25 und 27 (siehe Figur 3) mittels der Kontaktbeschichtung 11 wesentlich reduziert werden, wodurch unter anderem auch eine höhere Flexibilität der elektrischen Anbindung einer elektrischen Heizeinrichtung 2 erzielt werden kann. Darüber hinaus kann die elektrische Stromdichte im Kontaktbereich 10 vorteilhaft verringert werden. Weiter bildet die Kontaktbeschichtung 11 eine Versiegelung der Kunststoffoberfläche an den Kontaktstegen 60, so dass auch langfristig ein besonders guter Kontakt zwischen einer elektrischen Kontakteinrichtung 7 oder 8 und einer elektrischen Heizeinrichtung 2 gewährleistet werden kann.
  • In den Figuren 10 bis 13 ist ein möglicher Verfahrensablauf zum Herstellen eines Heizmoduls 14 aus einem Kunststoffrippenkörper 3 und einer ersten elektrischen Kontakteinrichtung 7 sowie einer zweiten elektrischen Kontakteinrichtung 8 mit einem geklebten Aufbau (siehe Figur 13) gezeigt.
  • Anfangs (Figur 10) liegt der Kunststoffrippenkörper 3 als Kunststoffgranulat 63 vor, wobei das Kunststoffgranulat 63 zu dem eigentlichen Kunststoffrippenkörper 3 umgeformt wird (Figur 11). Hierbei kann das Kunststoffgranulat 63 nach dem Erhitzen des Kunststoffgranulats 63 entweder gespritzt, extrudiert, gesintert oder mit einem sonstigen vorteilhaften Kunststoffherstellungsverfahren hergestellt werden.
  • Nachdem der Kunststoffrippenkörper 3 als elektrische eine Heizeinrichtung hergestellt ist, erfolgt eine Säuberung des Kunststoffrippenkörpers 3 zumindest an seinen radialen Enden 4 und 5, so dass dort vorgesehene Kontaktstege 60 besonders gut von Verunreinigungen befreit sind. Gegebenenfalls erfolgt vor einer Beschichtung mit einem elektrisch isolierenden Klebstoff 64 (siehe Figur 12) eine Plasmabehandlung des Kunststoffrippenkörpers 3.
  • Ist der elektrisch isolierende Klebstoff 64 beidseits des Kunststoffrippenkörpers 3 aufgetragen, werden die elektrischen Heizeinrichtungen 7 und 8 zugeführt und mittels geeigneter Anpresswalzen 65 (hier nur exemplarisch beziffert) an die Kontaktstege 60 des Kunststoffrippenkörpers 3 angepresst. Hierbei wird der Anpressdruck der Anpresswalzen 65 vorteilhafter Weise derart hoch gewählt, dass der elektrisch isolierende Klebstoff 64 an den Kontaktstegen 60 zumindest teilweise verdrängt werden kann, wodurch die Kontaktstege 60 unmittelbar auf den elektrischen Kontakteinrichtungen 7 beziehungsweise 8 aufliegt. Hierdurch ist ein direkter elektrischer Kontakt zwischen dem Kunststoffrippenkörper 3 und den elektrischen Kontakteinrichtungen 7 beziehungsweise 8 geschaffen, so dass vorliegend der elektrisch isolierende Klebstoff 64 verwendet werden kann. Der Klebstoff 64 kann hierbei auf die entsprechenden Komponenten aufgestrichen bzw. aufgespritzt werden, oder die miteinander zu verklebenden Komponenten des Heizmoduls 14 können in ein Klebstoffreservoir eingetaucht werden. Eine Aushärtung des elektrisch isolierenden Klebstoffes 64 kann mittels einer Temperaturerhöhung, beispielsweise in einem Ofen, mittels Heißluft, mittels UV-Licht oder einfach bei Raumtemperatur erfolgen.
  • In diesem Ausführungsbeispiel kann der Kunststoffrippenkörper 15 ein Dicke zwischen 5 mm und 100 mm aufweisen, wobei dies im Wesentlichen von seinem späteren Verwendungszeck abhängen kann.
  • Neben dem zuvor beschriebenen Kunststoffrippenkörper 3 als elektrische Heizeinrichtung 2 kann die elektrische Heizeinrichtung 2 alternativ auch als Kunststoffplattenkörper 15, wie bei der elektrischen Heizvorrichtung 101 aus der Figur 2 bereits gezeigt, gestaltet sein (siehe Figur 14).
  • Dieser Kunststoffplattenkörper 15 ist beidseits mit einer Kontaktbeschichtung 11 versehen, welche vorzugsweise einen Schichtaufbau 31 (siehe Figur 15) aufweist, der aus einer Kontaktschicht 35, aus einer Zwischenschicht 36 und einem Haftvermittler 37 besteht, wie detailliert anhand der weiteren Detaildarstellung 30 aus der Figur 4 bereits erläutert wurde. Hier kann der Kunststoffplattenkörper 15 eine bevorzugte Dicke zwischen 0,4 mm und 5 mm aufweisen. Je dünner der Kunststoffplattenkörper 15 gewählt ist, desto besser kann seine Wärmeauskoppelung sein. Je dicker der der Kunststoffplattenkörper 15 gewählt ist, desto stabiler ist der gesamte Aufbau. Ein guter Kompromiss wurde gefunden, wenn die Kunststoffplattenkörperdicke zwischen 0,7 mm und 2 mm gewählt ist.
  • Vorteilhafter Weise kann die Kontaktbeschichtung 11 neben den zuvor erläuterten Vorteilen auch einen positiven Einfluss auf eine elektrische Anbindung an elektrische leitende Partikel, wie etwa an Kohlenstoffpartikel (siehe Figur 6), im Kunststoffrippenkörper 3 haben.
  • Da der Kunststoffplattenkörper 15 an sich keine Rippengestalt aufweist, durch welche eine Lüftungsluft 13 hindurch geleitet werden kann, wird an dem Kunststoffplattenkörper 15 beziehungsweise insbesondere an dessen Kontaktbeschichtungen 11 jeweils eine Wellrippe 16 angeklebt, wobei die Wellrippe 16 mit einer elektrischen Kontakteinrichtung 7 ausgestattet ist (siehe Figur 16). Die elektrische Kontakteinrichtung 7 kann hierbei eine Kontaktblechdicke zwischen 0,3 mm und 2 mm aufweisen, wobei eine Kontaktblechdicke zwischen 0,5 mm und 1 mm einen sehr guten Kompromiss hinsichtlich einer guten Stabilität und eines guten Gewichts darstellt.
  • Eine Rippe der Wellrippe 16 weist vorzugsweise eine Rippendicke von 0,05 mm bis 0,2 mm auf. Wird die Wellrippe 16 zusätzlich noch als stromführendes Bauteil konzipiert, beträgt die Rippendicke vorzugsweise 0,08 mm bis 0,15 mm. Eine Rippenhöhe kann zwischen 3 mm und 20 mm bzw. zwischen 5 mm und 20 mm liegen. Die Rippentiefe kann 4 mm bis 50 mm bzw. 6 mm bis 20 mm betragen. Die genannten Maße hängen hierbei auch von der Heizleistung der elektrischen Heizeinrichtung ab.
  • Ein diesbezügliches Heizmodul 14, mit einer bevorzugten Bautiefe zwischen 5 mm und 100 mm, aus einem Kunststoffplattenkörper 15, zwei Wellrippen 16 (hier nur exemplarisch beziffert) und einer ersten elektrischen Kontakteinrichtung 7 sowie einer zweiten elektrischen Kontakteinrichtung 8 ist in den Figuren 17 und 18 gezeigt.
  • Die Wellrippen 16 dienen hierbei einer Erhöhung einer wärmeübertragenden Oberfläche des Heizmoduls 14, so dass eine von der Heizeinrichtung 2 erzeugte Wärme wesentlich besser an eine die Wellrippen 16 durchströmende Lüftungsluft 13 übertragen werden kann. Vorteilhafter Weise verbessert die Kontaktbeschichtung 11 auch die Wärmeleitfähigkeit zwischen der elektrischen Heizeinrichtung 2 und den Wellrippen 16, so dass sich insbesondere eine sehr homogene Wärmeverteilung über die gesamte Länge der Wellrippen 16 einstellen kann.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist die erste elektrische Kontakteinrichtung 7 als Pluspol 23 und die zweite elektrische Kontakteinrichtung 8 als Minuspol 22 gepolt, so dass insbesondere durch den Kunststoffplattenkörper 15 ein Stromfluss 21 fließen kann, wobei der Stromfluss 21, wie explizit in der Figur 18 angedeutet, auch durch die elektrische Leiteinrichtung 7 und die Wellrippe 16 von dem Pluspol 23 zu dem Minuspol 22 gerichtet ist.
  • Insbesondere nach der Darstellung der Figur 18 erkennt man Klebeverbindungen 61 zwischen der Wellrippe 16 und dem Kunststoffplattenkörper 15 einerseits und der elektrischen Kontakteinrichtung 7 andererseits. Hierbei steht die Wellrippe 16 in unmittelbarem Kontakt zu dem Kunststoffplattenkörper 15 beziehungsweise zu der elektrischen Kontakteinrichtung 7, da der elektrisch isolierende Klebstoff 64 lediglich in den Meniskusbereichen 66 der Wellrippe 16 vorgesehen ist.
  • Während eine hier bisher erläuterte Wellrippe 16 lediglich V-förmig ausgebildet war, ist in den Figuren 19 und 20 eine Anordnung 67 aus einem Kunststoffplattenkörper 15 und zwei Trapezwellrippen 68 (hier nur exemplarisch beziffert) gezeigt. Vorteilhaft ist es, dass die Trapezwellrippe 68 im Kontaktbereich 10 wesentlich großflächiger auf der Kontaktbeschichtung 11 des Kunststoffplattenkörpers 15 aufliegen kann, so dass sich hierdurch ein ausgezeichneter elektrischer Kontakt zwischen den Trapezwellrippen 68 und dem Kunststoffplattenkörper 15 gewährleistet werden kann.
  • Die Trapezwellrippen 68 sind mittels einer Klebeverbindung 61 mit einem elektrisch isolierenden Klebstoff 64 gebildet, wobei der elektrisch isolierende Klebstoff 64 lediglich in Meniskusbereichen 66 der Klebeverbindung 61 angeordnet ist. Dies kann gewährleistet werden, indem beim Herstellverfahren der Anordnung 67 die Trapezwellen 68 derart stark an den Kunststoffplattenkörper 15 angedrückt werden, dass der elektrisch isolierende Klebstoff 64 aus dem unmittelbaren Kontaktbereich 10 verdrängt wird. Eine Anpresskraft muss hierbei entsprechend hoch gewählt werden, damit der elektrisch isolierende Klebstoff 64 auch von der größeren Anlagefläche verdrängt werden kann.
  • Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel 69 nach der Figur 21 sind die Wellrippen 16, welche an einem Kunststoffplattenkörper 15 angeklebt sind, jeweils direkt als eine erste elektrische Kontakteinrichtung 7 beziehungsweise als eine zweite elektrische Kontakteinrichtung 8 ausgebildet. Ein derartig aufgebautes Heizmodul 14 baut konstruktiv besonders einfach, da ein Pluspol 23 und ein Minuspol 22 unmittelbar von der jeweiligen Wellenrippe 16 gebildet ist. Vorzugsweise ist an zumindest einer der Wellrippen 16 ein Verbindungselement 70 vorgesehen, an welchem zwei Wellrippen 16 unmittelbar gegenüber liegend befestigt werden können. Hierbei dient das Verbindungselement 70 nicht als Elektrizität einleitende Einrichtung sondern lediglich als Montage- und Anschlagshilfe. Eine mit derartigen Heizmodulen 14 ausgestattete elektrische Heizvorrichtung 101 kann besonders leicht bauen, da auf zusätzliche elektrische Kontakteinrichtungen verzichtet werden kann.
  • Die in der Figur 22 gezeigte weitere Klebeverbindung 71 ist mit einem elektrisch leitenden Klebstoff 72 realisiert, wobei der elektrisch leitende Klebstoff 72 zwischen Wellrippen 16 und Kontaktbeschichtungen 11 eines Kunststoffplattenkörpers 15 angereichert ist. Hierdurch liegen die Wellrippen 16 nicht unmittelbar auf den Kontaktbeschichtungen 11 auf, sondern nur mittelbar, da sich zwischen den Wellrippen 16 und den Kontaktbeschichtungen 11 auch bei ausgehärteter Klebeverbindung 71 der elektrisch leitende Klebstoff 72 befindet. Mittels des elektrisch leitenden Klebstoffes 72 ist ein direkter Kontakt zwischen den Wellrippen 16 und den Kontaktbeschichtungen 11 nicht erforderlich, so dass auch bei einem diesbezüglichen Herstellverfahren nicht zwingend darauf zu achten ist, dass der Klebstoff 72 vollständig zwischen den Wellrippen 16 und den Kontaktbeschichtungen 11 verdrängt ist. Als elektrisch leitender Kleberstoff 72 ist hier ein Silikon-Klebstoff verwendet worden.
  • Der elektrisch isolierende Klebstoff 64 beziehungsweise der elektrisch leitende Klebstoff 72 können als Klebstoffstreifen 73 auf eine Kontaktbeschichtung 11 eines Kunststoffplattenkörpers 15 aufgebracht werden (siehe Figur 23). Oder die Klebstoffe 64 beziehungsweise 72 werden auf die Wellrippe 16 (siehe Figur 24) aufgetragen, wobei anschließend der Kunststoffplattenkörper 15 und/oder die elektrische Kontakteinrichtungen 7 gemäß der Richtungspfeile 74 beziehungsweise 75 an die Wellrippe 16 herangeführt und miteinander verpresst werden.
  • In beiden Fällen kann die Wellrippe 16 (siehe Figur 25) in direktem Kontakt mit dem Kunststoffplattenkörper 15 beziehungsweise der elektrischen Leiteinrichtung 7 gebracht werden.
  • Ein möglicher Verfahrensablauf einer Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung 101 gemäß Figur 2 ist in den Figuren 26 bis 31 schematisch dargestellt. Hierbei wird ein Kunststoffgranulat 63 erhitzt und zu einer Kunststoffhalbzeugplatte 76 geformt (siehe Figur 27). Auf diese Kunststoffhalbzeugplatte 76 werden beidseits eine Kontaktbeschichtung 11, idealerweise gemäß der weiteren detaillierten Darstellung 30 aus der Figur 4, aufgebracht. Anschließend wird die so präparierte Kunststoffhalbzeugplatte 76 in einzelne Kunststoffplattenkörper 15 geschnitten. Vorteilhafter Weise sind die Kunststoffplattenkörper 15 so beidseits direkt mit den erforderlichen Kontaktbeschichtungen 11 versehen.
  • Hierauf folgend wird ein elektrisch leitender Klebstoff 72 auf die jeweilige Kontaktbeschichtung 11 aufgetragen und mittels geeigneter Anpresswalzen 65 verfestigt. An die so vorbereiteten Kunststoffplattenkörper 15 können Wellrippen 16 angeklebt werden, wodurch einzelne Heizmodule 14 erzeugt werden können, die wiederum in geeigneter Weise zu einer elektrischen Heizvorrichtung miteinander verklebt oder sonst wie miteinander verspannt werden können.
  • Alternativ zu den vorstehend erläuterten geklebten elektrischen Heizvorrichtungen 1 beziehungsweise 101 können auch Aufbauvarianten 77 beziehungsweise 78 hinsichtlich elektrischer Heizvorrichtungen 1, 101 mit elektrischen Heizeinrichtungen 2 aus einem Kunststoffplattenkörper 15 oder aus einem Kunststoffrippenkörper 3 realisiert sein.
  • Bei der diesbezüglichen Aufbauvariante 77 aus der Figur 32 sind zwei Heizmodule 14 mit Kunststoffplattenkörpern 15, mit Wellrippen 16 sowie mit elektrischen Kontakteinrichtungen 7 und 8 in einem Rahmen 79 eingeschoben, wobei die beiden Heizmodule 14 mittels geeigneter Spanneinrichtungen 80 innerhalb des Rahmens 79 miteinander verspannt sind. Hierdurch wird eine erforderliche Pressung für eine gute elektrische Kontaktierung und eine gute Wärmeauskopplung zwischen den einzelnen Komponenten gewährleistet. Auf Grund der Spannfedern 80, welche eine gewisse Bauteilausdehnung 81 bei einer Erwärmung innerhalb des Rahmens 79 gewährleisten, ist eine besonders hohe Anforderung an Ausgleichsmittel 12 beziehungsweise Reduziermittel 39 in Gestalt einer Kontaktbeschichtung 11 (siehe Figur 4) nicht zwingend erforderlich.
  • Bei der weiteren Aufbauvariante 78 aus der Figur 33 ist eine elektrische Kontakteinrichtung 7 mittels Spannfedern 80 an Verbindungsstege 60 eines Kunststoffrippenkörpers 3 geklammert, so dass auch hinsichtlich einer diesbezüglichen Kontaktbeschichtung 11 geringere Ansprüche gestellt werden können.
  • Mit den hier erläuterten Ausführungsbeispielen kann eine elektrische Heizvorrichtung 1, 101 mit elektrischen Heizeinrichtungen 2 aus Kunststoff wesentlich kostengünstiger, leichter und vielseitiger gestaltet hergestellt werden als mit herkömmlichen PTC-Keramikelementen. Insbesondere mit der hier beschriebenen Kontaktbeschichtung 11 können kritische Spannungen und/oder Kräfte innerhalb der elektrischen Heizvorrichtung 2 wesentlich reduziert werden. Auch ist die Kontaktbeschichtung 11 resistenter gegenüber Micro-Lichtbögen als herkömmliche einfache Kontaktbeschichtungen. Dies ist insbesondere auf den besonderen Schichtaufbau 31 zurückführbar, der aus mindestens drei unterschiedlichen Materialschichten 32, 33 und 34 besteht. Hierdurch unterscheidet sich die vorliegende Kontaktbeschichtung 11 im Besonderen von herkömmlichen Kontaktschichten, die lediglich nur eine einzige Materialschicht aufweisen. Selbst wenn eine herkömmliche Kontaktschicht mehrlagig ausgebildet sein sollte, weist sie den vorteilhaften Schichtaufbau 31 nicht auf, den die erfindungsgemäße Kontaktbeschichtung 11 vorliegend auszeichnet.
    • Bezugsziffernliste
    • 1
    elektrische Heizvorrichtung
    2
    elektrische Heizeinrichtung
    3
    Kunststoffrippenkörper
    4
    erstes radiales Ende
    5
    zweites radiales Ende
    6
    Längsebene
    7
    erste elektrische Kontakteinrichtung
    8
    zweite elektrische Kontakteinrichtung
    9
    elektrischer Anschluss
    10
    Kontaktbereich
    11
    Kontaktbeschichtung
    12
    Mittel zum Ausgleichen von mechanischen Spannungen
    13
    Lüftungsluft
    14
    Heizmodul
    15
    Kunststoffplattenkörper
    16
    Wellrippe
    20
    Gesamtwiderstand
    21
    elektrischer Stromfluss
    22
    Minuspol
    23
    Pluspol
    24
    erster Oberflächenwiderstand
    25
    erster Übergangswiderstand
    26
    Durchgangswiderstand
    27
    zweiter Übergangswiderstand
    28
    zweiter Oberflächenwiderstand
    29
    Dicke der elektrischen Heizeinrichtung
    30
    weiter detaillierte Darstellung
    31
    Schichtaufbau
    32
    erste Schicht
    33
    zweite Schicht
    34
    dritte Schicht
    35
    Kontaktschicht
    36
    Zwischenschicht
    37
    Haftvermittler
    38
    weitere Materialschicht
    39
    Mittel zum Reduzieren von Zugkräftebeanspruchungen
    40
    Gesamtschichtdicke
    45
    Diagramm
    46
    PTC-Keramik
    47
    erster PTC-Kunststoff
    48
    zweiter PTC-Kunststoff
    49
    Einstellbereich
    50
    ein erster Einsatzbereich
    51
    ein zweiter Einsatzbereich
    52
    Kunststoffkörper
    53
    kristalliner Aufbau
    54
    elektrisch leitende Kohlenstoffketten
    55
    amorpher Aufbau
    56
    einzeln verteilte Kohlenstoffkettenstücke
    57
    steigende Temperatur
    58
    sinkende Temperatur
    60
    Kontaktstege
    61
    Klebeverbindung
    62
    Elektrizität
    63
    Kunststoffgranulat
    64
    elektrisch isolierender Klebstoff
    65
    Anpresswalzen
    66
    Meniskusbereiche
    67
    Anordnung
    68
    Trapezwellrippe
    69
    weiteres Ausführungsbeispiel
    70
    Verbindungselement
    71
    weitere Klebeverbindung
    72
    elektrisch leitender Klebstoff
    73
    Klebstoffstreifen
    74
    erster Richtungspfeil
    75
    zweiter Richtungspfeil
    76
    Kunststoffhalbzeugplatte
    77
    Aufbauvariante
    78
    weitere Aufbauvariante
    79
    Rahmen
    80
    Spannfedern
    81
    Bauteilausdehnung
    101
    weitere elektrische Heizvorrichtung

Claims (9)

  1. Elektrische Vorrichtung (1, 101) zum Heizen, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer elektrischen Heizeinrichtung aus Kunststoff (2), mit einer elektrischen Kontakteinrichtung (7, 8) und mit einer Kontaktschicht (35), welche in einem Kontaktbereich (10) zwischen der elektrischen Heizeinrichtung (2) und der elektrischen Kontakteinrichtung (7, 8) angeordnet ist, wobei Mittel (12) zum Ausgleichen von mechanischen Spannungen in dem Kontaktbereich (10) der elektrischen Heizeinrichtung (2) und der elektrischen Kontakteinrichtung (7, 8) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmittel (12) wenigstens eine weitere Materialschicht (38) in dem Kontaktbereich (10) der elektrischen Heizeinrichtung (2) und der elektrischen Kontakteinrichtung (7, 8) bereit stellen, wobei die Ausgleichsmittel (12) im Wesentlichen von einem Haftvermittler (37) aus Chrom gebildet sind, welcher zwischen der Kontaktschicht (35) und der elektrischen Heizeinrichtung (2) angeordnet ist und ferner Mittel (39) zum Reduzieren von Zugkräftebeanspruchungen in dem Kontaktbereich (10) der elektrischen Heizeinrichtung (2) und der elektrischen Kontakteinrichtung (7, 8) angeordnet sind, wobei die Reduziermittel (39) von einer Zwischenschicht (36) gebildet sind, welche zwischen der Kontaktschicht (35) und dem Haftvermittler (37) angeordnet ist.
  2. Elektrische Heizvorrichtung (1, 101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler (37) eine Haftvermittlerdicke zwischen 5 nm und 500 nm, vorzugsweise zwischen 20 nm und 150 nm, aufweist.
  3. Elektrische Heizvorrichtung (1, 101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (36) Kupfer umfasst.
  4. Elektrische Heizvorrichtung (1, 101) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (36) eine Zwischenschichtdicke zwischen 0,5 µm und 15 µm, vorzugsweise zwischen 1 µm und 5 µm, aufweist.
  5. Elektrische Heizvorrichtung (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kontaktbeschichtung (11) mit einem Schichtaufbau (31) aus einer Kontaktschicht (35), einer Zwischenschicht (36) und einem Haftvermittler (37).
  6. Elektrische Heizvorrichtung (1, 101) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbeschichtung (11) eine Gesamtschichtdicke (40) zwischen 0,2 µm und 30 µm, vorzugsweise zwischen 2 µm und 10 µm, aufweist.
  7. Elektrische Heizvorrichtung (1, 101) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontakteinrichtung (7, 8) eine Wellrippe (16) der elektrischen Heizvorrichtung (1, 101) umfasst.
  8. Elektrische Heizvorrichtung (1, 101) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellrippe (16) mittelbar an der Kontaktschicht (35) bzw. an einer Kontaktbeschichtung (11) der elektrischen Heizeinrichtung (2) angeordnet ist.
  9. Elektrische Heizvorrichtung (1, 101) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekannzeichnet, dass die Wellrippe (16) an der Kontaktschicht (35) bzw. an einer Kontaktbeschichtung (11) mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffes (72) befestigt ist.
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