EP2293648A1

EP2293648A1 - Wärmeübertrager

Info

Publication number: EP2293648A1
Application number: EP09290663A
Authority: EP
Inventors: Thierry Clauss
Original assignee: Behr France Rouffach SAS
Current assignee: Mahle Behr France Rouffach SAS
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: EP2293648B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager (10), insbesondere einen elektrischen Zuheizer für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem zumindest ein Heizelement (3) und zumindest zwei Kontaktbleche (6, 6') aufweisenden Heizregister (1), wobei das zumindest eine Heizregister (1) in einem Rahmen (11) angeordnet ist, wobei auf dem zumindest einen Heizregister (1) ein Isolierungsprofil (16) in potentialfreier Anordnung vorgesehen ist

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die elektrische Zuheizung bei verbrauchsoptimierten Fahrzeugen, die beispielsweise in der Startphase oder bei geringen Außentemperaturen zu wenig Abwärme zum Heizen des Innenraums eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellen, wird im Stand der Technik beispielsweise mittels so genannter PTC-Heizeinrichtungen durchgeführt.
Eine derartige PTC-Heizeinrichtung umfasst im Wesentlichen zwei Hauptbestandteile: zum einen Heizstränge bzw Heizregister und zum anderen Stromverorgungselemente. Die Heizregister umfassen im Wesentlichen PTC-Heizelemente, Kontaktbleche und Wärmeabführelemente. Die Stromversorgungselemente umfassen elektrische Kabel oder Stromschienen, die an den Kontaktblechen der Heizregister angeschlossen sind und diese mit einer Stromversorgung verbinden.
In einer Kraftfahrzeugklimaanlage ist eine derartige PTC-Heizeinrichtung in Luftströmungsrichtung hinter bzw. nach dem Verdampfer angeordnet. Bei Betriebsphasen mit einer Luftkonditionierung, welche auf "kalt" geschaltet ist, bildet sind an dem Verdampfer Kondenswasser, das zu den Heizregistern der PTC-Heizeinrichtung weitergeleitet werden kann. Bei einer Hochvolt-PTC-Einrichtung ist es jedoch wichtig, dass dieses Wasser nicht oder nur zu einem möglichst geringen Anteil zu den Stromversorgungselementen gelangt, um Störungen zu vermeiden.
Darüber hinaus ist es möglich, dass sich Staub auf der PTC-Heizeinrichtung sammelt. Dies ist insbesondere nach einer langen Betriebspause der Fall. Die Ansammlung von Staubpartikeln auf den Heizregistern und den Stromversorgungselementen kann zu Kriechstrecken führen.
Aus EP 1 182 908 B1 ist eine Heizvorrichtung bekannt, bei welcher die PTC-Elemente in einem "Klemmpaket" mit den übrigen Elementen der Heizvorrichtung gehalten werden. Die Klemmung wirkt dabei so, dass sie alle Elemente zusammenhält und steht vertikal auf den Kontaktoberflächen des PTC-Elements. Die äußeren Heizstufen weisen jeweils eine PTC-Reihe auf, wobei Elektrodenbleche der mittleren Baugruppen mittels einer Brücke verbunden sind. Die Baugruppen werden in einem Rahmen aus Seitenholmen und Längsholmen gehalten, wobei elektrische Anschlusslaschen seitlich durch einen der beiden Seitenholme zur Kontaktierung der Kontaktbleche ragt. Somit bildet dieser Seitenholm eine Trennwand zwischen den Heizregistern und den Stromversorgungselementen.
Jedoch sind bei einer derartigen Konfiguration die Stromversorgungselemente nicht gegen Feuchtigkeit und Staub geschützt und es kann - wie bereits erwähnt - durch Staubansammlungen eine Brücke zwischen den Kontaktbauteilen und der Trennwand gebildet werden, was das Durchschlagrisiko aufgrund der Ansammlung von Staub und Feuchtigkeit an der Oberfläche der Trennwand erhöht.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wärmeübertrager zu schaffen, bei welchem das Durchschlagrisiko aufgrund von Staubansammlungen und Feuchtigkeit an den Bauteilen des Wärmeübertragers minimiert wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Wärmeübertrager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Erfindungsgemäß wird ein Wärmeübertrager, insbesondere ein elektrischer Zuheizer für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem zumindest ein Heizelement und zwei Kontaktbleche aufweisenden Heizregister vorgesehen, wobei das zumindest eine Heizregister in einem Rahmen angeordnet ist, und wobei auf dem zumindest einen Heizregister ein Isolierungsprofil in potentialfreier Anordnung vorgesehen ist. Um die Stromversorgungselemente gegen Feuchtigkeit und Staub zu schützen, ist das Isolierungsprofil auf den potentialfreien Komponenten des zumindest einen Heizregisters bzw. der Heizregister angeordnet, wobei bei dieser Anordnung keine Brücken zwischen den Kontaktbauteilen oder Steckern gebildet werden können, die das Durchschlagrisiko aufgrund von Staubansammlungen und Feuchtigkeitsniederschlägen an dem Isolierungsprofil erhöhen würden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das zumindest eine Heizregister ein im Wesentlichen plattenartiges Isolierbauteil auf, wobei das Isolierbauteil vorzugsweise in der Mitte des Heizregisters angeordnet ist.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform weist das Isolierbauteil auf gegenüberliegenden Oberflächen jeweils eine Isolierschicht auf.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf der Isolierschicht eine Wärmeleitplatte, insbesondere in Form eines Blechs, vorgesehen.
Vorzugsweise weist der Wärmeübertrager zumindest ein Rippelenelement, insbesondere ein Wellrippenelement, auf, welches die an dem Heizregister vorgesehene Wärmeleitplatte kontaktiert.
Noch bevorzugter ist es, wenn das Isolierungsprofil mit der Isolierschicht in Kontakt steht. Da das Isolierungsprofil auf dem Heizregister positioniert ist, wobei es seitlich mit der Isolierschicht oder mit der Wärmeleitplatte bzw. dem Blech zwischen der Isolierschicht und dem Rippenelement in Kontakt steht, und wobei es darüber hinaus in Luftströmungsrichtung beidseitig in Kontakt mit dem Element steht, welches zwischen den Kontaktblechen angeordnet ist, steht der Umfang des isolierenden Anteils des Heizregisters in ununterbrochenem Kontakt mit dem Isolierungsprofil. Da das Isolierungsprofil durch diese Konfiguration weiterhin nicht mit den Kontaktblechen bzw. mit Steckern in Verbindung steht, sondern ausschließlich mit potentialfreien Bauteilen in Kontakt steht, bildet es keine Brücke zwischen Kontaktbauteilen bzw. Steckern, die das Durchschlagrisiko aufgrund einer Ansammlung von Staub und Feuchtigkeit an der Oberfläche des Isollerungsprofils erhöhen würde.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn das Isolierungsprofil zumindest eine Öffnung aufweist, durch welche das zumindest eine Heizregister hindurch gesteckt ist.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Öffnung U-förmig ausgebildet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Isolierungsprofil eine Dicke auf, welche in einem Bereich von 2 bis 3 mm liegt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Isolierungsprofil als separates Bauteil ausgebildet.
Alternativ kann das Isolierungsprofil auch in den Rahmen eingegossen sein.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Isolierungsprofil aus Silikon hergestellt ist. Dieses Material ist besonders bevorzugt, da es Temperaturen von ca. 140°C bis 170 °C standhält.
Vorzugsweise ragen die Kontaktbleche auf der dem Wärmeübertrager abgewandten Seite des Isolierungsprofils von diesem ab.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn ein Abdeckungselement, welches insbesondere aus Kunststoff hergestellt ist, an dem Wärmeübertrager vorgesehen ist, welches die Kontaktbleche und an den Kontaktblechen angeschlossene Stromversorgungselemente, wie Kabel oder Stromschienen, abdeckt. Durch das Abdeckungselement, welches die Kontaktbleche und die Verkabelung oder Stromschienen überdeckt, sind diese nicht freiliegend und können somit nicht berührt oder auf andere Art und Weise kontaktiert werden. Dies erhöht die elektrische Sicherheit. Darüber hinaus sind die stromführenden Elemente durch Vorsehen der Abdeckung vor Staub und Feuchtigkeit geschützt.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind zwischen dem Abdeckungselement und dem Wärmeübertrager eine erste Dichtung, insbesondere ein Gummiprofil oder ein Schaumprofil, und zwischen dem Abdeckungselement und einem Versorgungsstecker eine zweite Dichtung vorgesehen.
Durch dichtes Verbinden des Abdeckungselements mit dem Wärmeübertrager bzw. mit dem Isolierungsprofil bildet das Abdeckungselement einen dichten Kasten und kann somit als zweite Dichtung für eine elektrisch isolierende Vergussmasse wirken. Bei dieser Ausführungsform ist ein elektrisches Isolierelement vorgesehen, welches ein elektrisches Widerstandsheizelement und/oder elektrische Leiter des Heizregisters dadurch elektrisch isoliert, dass diese in einem Hohlraum angeordnet sind, welcher durch eine elektrisch isolierende Vergussmasse ausgefüllt ist. Im Falle eines Versagens der Abdichtung an einem Widerstandsheizelement und/oder elektrischem Leiter wird die Vergussmasse in dem Abdeckungselement aufgefangen. Durch die erste Dichtung zwischen dem Abdeckungselement und dem oberen Rand des Wärmeübertragers und die zweite Dichtung zwischen dem Versorgungsstecker und dem Abdeckungselement bildet der innere Bereich des Abdeckungselements somit einen dichten Kasten, aus dem die Vergussmasse nicht - beispielsweise in den Fahrgastraum - auslaufen kann. Zwar wird in einem solchen Fall möglicherweise die Heizleistung dieses Heizregisters reduziert, jedoch wird keine Betriebsgefahr verursacht. Der Kasten bleibt sowohl beim normalen Betrieb als auch beim Auslaufen der Vergussmasse relativ kühl. Durch die Abdichtungen sind darüber hinaus die elektrischen Bauteile innerhalb des Kastens vor dem Eindringen externer Feuchtigkeit und vor Staub geschützt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig.1: eine Explosionsansicht eines Heizregisters gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2: eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 3: eine Detailansicht eines unteren Abschnitts des Wärmeübertragers von Fig. 2;
Fig. 4: eine schematische Schnittansicht eines Wärmeübertragers gemäß einer Ausführungsform;
Fig. 5: eine schematische Schnittansicht eines Wärmeübertragers gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In Fig. 1 ist eine Explosionsdarstellung eines Heizregisters 1 gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Das Heizregister 1 umfasst einen Aufnahmerahmen 2, in welchem drei Heizelemente 3 in Form von PTC-Elementen angeordnet bzw. fixiert sind. Die PTC-Elemente 3 sind Kaltleiter aus Keramik und stellen einen sehr stark temperaturabhängigen Halbleiterwiderstand dar. Das heißt, dass mit zunehmender Temperatur der Widerstand des Keramik-Elements sehr stark zunimmt. Dadurch stellt sich unabhängig von den Randbedingungen wie z. B. angelegte Spannung, Nominalwiderstand, Luftmenge über dem PTC-Element eine sehr gleichmäßige Oberflächentemperatur am PTC-Element ein, wobei bei zunehmender Temperatur der elektrische Widerstand proportional stark ansteigt.
Weiterhin sind auf beiden gegenüberliegenden Seiten des Aufnahmerahmens 2 Leiterplatten 4, 4' angeordnet, welche an einem jeweiligen ersten Ende 5, 5' mit jeweiligen Kontaktblechen 6, 6' versehen sind, über welche sie an eine Stromversorgung (nicht dargestellt) anschließbar sind, um elektrischen Strom über die Leiterplatten 4, 4' zu den Heizelementen 3 zu leiten. Jeweils angrenzend an die Leiterplatten 4. 4' sind jeweilige Isolierelemente in Form von Isolierschichten 7, 7' angeordnet, an welche sich wiederum jeweilige Wärmeleitplatten 8, 8' zum Übertragen der Wärme an die daran angrenzenden jeweiligen Rippenelemente 9, 9' in Form von Wellrippen anschließen.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers 10 gemäß einer Ausführungsform. Die hier nicht sichtbaren Heizregister 1 sind dabei in einem Rahmen 11 aufgenommen. Der Rahmen 11 weist an seiner Vorderseite 12 und an seiner Rückseite 13 jeweilige Gitterelemente 14 auf, durch welche eine Luftströmung in den Wärmeübertrager 10 eintreten bzw. daraus austreten kann. An einer Unterseite 15 des Wärmeübertragers 10 ist ein Isolierungsprofil 16 vorgesehen, welches lediglich an potentialfreien Bauteilen des Wärmeübertragers 10 anliegt, wie weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 3 noch näher erläutert werden wird. Das Isolierungsprofil 16 weist hier eine Dicke von 2 mm auf und ist aus Silikon hergestellt, so dass es Temperaturen in einem Bereich von 140 °C bis 170 °C standhält. In der Ausführungsform ist das Isollerungsprofil 16 als separates Bauteil hergestellt und ist über Befestigungseinrichtungen 17 an dem Rahmen 11 befestigt. Das Isolierungsprofil 16 ist auf den Heizregistern 1 positioniert, wobei die jeweiligen Kontaktbleche 6, 6' durch U-förmig in dem Isolierungsprofil 16 ausgebildete Öffnungen 18 hindurch ragen.
Fig. 3 zeigt eine Detailansicht eines unteren Abschnitts des Wärmeübertragers 10 von Fig. 2, wobei nur eine untere Hälfte des Isolierungsprofils 16 dargestellt ist und die obere Hälfte zu Darstellungszwecken weggelassen wurde. Wie in der Figur erkennbar ist, weist jedes Heizregister 1 beidseitig die Isolierschichten 7, 7' und darauf angeordnete Wärmeleitplatten 8, 8' auf, an die die Rippelenelemente 9 angrenzen. Zwischen jeweils zwei Isolierschichten 7, 7' ist ein Isolierbauteil 19 mittig angeordnet, in welchem die hier nicht sichtbaren PTC-Elemente untergebracht sind. Durch Vorsehen der Isolierschichten 7, 7' und des Isolierbauteils 19 wird ermöglicht, dass das Isolierungsprofil 16 nur mit potentialfreien Bauteilen des Wärmeübertragers 10 bzw. eines jeden Heizregisters 1 in Kontakt steht. An den jeweiligen Öffnungen 18 in dem Isolierungsprofil 16 wird lediglich der Umfang des isolierten Anteils des Heizregisters 1 kontaktiert, nämlich seitlich bzw. an den langen Seiten der Öffnungen 18 die Isolierschichten 7, 7' und an den kurzen Seiten das Isolierbauteil 19. Gemäß dieser Ausführungsform bildet das Isolierungsprofil 16 keine Brücke zwischen den Kontaktbauteilen bzw. Steckern, die das Durchschlagrisiko aufgrund von Staubansammlungen und Feuchtigkeitsniederschlägen erhöhen würden.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Wärmeübertragers 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform. In der Figur sind die einzelnen Heizregister 1 lediglich schematisch angedeutet, auf welchen das Isolierungsprofil 16 auf die oben im Zusammenhang mit Fig. 2 und Fig. 3 beschriebene Art und Weise potentialfrei angeordnet ist. Die Kontaktbleche 6, 6' ragen von der Oberseite des Isolierungsprofils 16 ab. Jedes Heizregister 1 weist dabei zumindest zwei Leiterbahnen 17 auf, die unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen (Hochvolt Minus "HV" und Hochvolt Plus "HV⁺"). Durch Kabel 20 sind die Leiterbahnen 17 an einen Versorgungsstecker 21 angeschlossen. Um die elektrischen Komponenten vor Staubpartikeln und Feuchtigkeit zu schützen, ist gemäß der Ausführungsform ein Abdeckungselement 22 auf dem Wärmeübertrager 10 bzw. auf das Isolierungsprofil 16 dicht mittels einer ersten Dichtung 23 aufgesetzt. Eine zweite Dichtung 24 ist zwischen dem Abdeckungselement 22 und dem Versorgungsstecker 21 vorgesehen. Durch das Abdeckungselement 22 sind die stromführenden elektrischen Bauteile des Wärmeübertragers 10 nicht freiliegend, so dass sie weder von außen berührt werden können noch durch Feuchtigkeit oder Staubpartikel beschädigt werden können. Auch bildet das Abdeckungselement 22 mit dem Isolierungsprofil 16 zusammen einen dichten Kasten, so dass Vergussmasse, welche in jeweilige nicht dargestellte Hohlräume der Heizregister 1 gefüllt ist, beispielsweise im Falle eines Versagens nicht in den Fahrgastraum auslaufen kann.
Fig. 5 zeigt schließlich eine schematische Schnittansicht eines Wärmeübertragers 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche sich von der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass anstelle der Kabel 20 Stromschienen 26 vorgesehen sind, welche die Kontaktbleche 6, 6' eines jeden Heizregisters 10 mit dem Versorgungsstecker 21 verbinden.
Insgesamt betrachtet kann mit dem so ausgestalteten Wärmeübertrager 1 ein besonders sicherer und gegen Störungen geschützter elektrischer Zuheizer bereitgestellt werden.

Bezugszeichenliste

1: Heizregister
2: Aufnahmerahmen
3: Heizelement
4,4': Leiterplatten
5,5': erstes Ende
6,6': Kontaktblech
7,7': Isolierschicht
8,8': Wärmeleitplatte
9,9': Rippenelement
10: Wärmeübertrager
11: Rahmen
12: Vorderseite
13: Rückseite
14: Gitterelement
15: Unterseite
16: Isolierungsprofil
17: Befestigungseinrichtung
18: Öffnung
19: Isolierbauteil
20: Kabel
21: Versorgungsstecker
22: Abdeckungselement
23: erste Dichtung
24: zweite Dichtung
25: Kasten
26: Stromschiene

Claims

Wärmeübertrager (10), insbesondere elektrischer Zuheizer für ein Kraftfahrzeug, mit zumindest einem zumindest ein Heizelement (3) und zumindest zwei Kontaktbleche (6, 6') aufweisenden Heizregister (1), wobei das zumindest eine Heizregister (1) in einem Rahmen (11) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf dem zumindest einen Heizregister (1) ein Isolierungsprofil (16) in potentialfreier Anordnung vorgesehen ist.
Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Heizregister (1) ein im Wesentlichen plattenartiges Isolierbauteil (19) aufweist.
Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolierbauteil (19) auf gegenüberliegenden Oberflächen jeweils eine Isolierschicht (7, 7') aufweist.
Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Isolierschicht (7, 7') eine Wärmeleitplatte (8, 8') vorgesehen ist.
Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wärmeübertrager (10) zumindest ein Rippelenelement (9, 9'), insbesondere ein Wellrippenelement, aufweist, welches die an dem Heizregister (1) vorgesehene Wärmeleitplatte (8, 8') kontaktiert.
Wärmeübertrager (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolierungsprofil (16) mit der Isolierschicht (7, 7') in Kontakt steht.
Wärmeübertrager (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolierungsprofil (16) zumindest eine Öffnung (18) aufweist, durch welche das zumindest eine Heizregister (1) hindurch gesteckt ist.
Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zumindest eine Öffnung (18) U-förmig ausgebildet ist.
Wärmeübertrager (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolierungsprofil (16) eine Dicke aufweist, welche in einem Bereich von 2 bis 3 mm liegt.
Wärmeübertrager (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolierungsprofil (16) als separates Bauteil ausgebildet ist.
Wärmeübertrager (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
Isolierungsprofil (16) in den Rahmen (11) eingegossen ist.
Wärmeübertrager (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Isolierungsprofil (16) aus Silikon hergestellt ist.
Wärmeübertrager (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kontaktbleche (6, 6') auf einer dem Wärmeübertrager (10) abgewandten Seite des Isollerungsprofils (16) von diesem abragen.
Wärmeübertrager (10) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abdeckungselement (22), welches insbesondere aus Kunststoff hergestellt ist, an dem Wärmeübertrager (10) vorgesehen ist, welches die Kontaktbleche (6, 6') und an den Kontaktblechen (6, 6') angeschlossene Stromversorgungselemente, insbesondere Kabel (20) oder Stromschienen (26), abdeckt.
Wärmeübertrager (10) nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Abdeckungselement (22) und dem Wärmebüertager (10) eine erste Dichtung (23), insbesondere ein Gummiprofil oder ein Schaumprofil, und zwischen dem Abdeckungselement (22) und einem Versorgungsstecker (21) eine zweite Dichtung (24) vorgesehen ist.