EP3417673A1 - Wärmetauschersystem - Google Patents

Wärmetauschersystem

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EP3417673A1
EP3417673A1 EP17705829.4A EP17705829A EP3417673A1 EP 3417673 A1 EP3417673 A1 EP 3417673A1 EP 17705829 A EP17705829 A EP 17705829A EP 3417673 A1 EP3417673 A1 EP 3417673A1
Authority
EP
European Patent Office
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heat exchanger
substrate
module
heating coating
exchanger module
Prior art date
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Granted
Application number
EP17705829.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3417673B1 (de
Inventor
Christian Hainzlmaier
Marvin LAPPE
Christoph CAP
Karl GÖTTL
Hans Rechberger
Tobias Hentrich
Jürgen Lipp
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Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
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Publication date
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Publication of EP3417673A1 publication Critical patent/EP3417673A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3417673B1 publication Critical patent/EP3417673B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/001—Heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/002—Cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional [2D] plane, e.g. plate-heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0089—Oil coolers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger system, in particular oil-water heat exchanger system, in particular for connection to a
  • Internal combustion engine preferably a motor vehicle, according to claim 1 and a method for producing such a heat exchanger system.
  • EP 2 466 241 AI describes an oil-water heat exchanger with a plurality of stacked and soldered together tub elements.
  • Such oil-water heat exchangers are usually integrated in the cooling circuit of internal combustion engines and can be used for example for cooling the engine oil.
  • an electrical heater in an interior of the heat exchanger to heat one of the interacting fluids of the heat exchanger.
  • the heater is as a layer heating by painting
  • the layer heating according to DE 10 2011 006 248 AI is applied directly on a surface of the evaporator surface and hardly thermally insulating to affect the functionality of the evaporator only as low as possible.
  • it is regarded as disadvantageous that the production according to this prior art is comparatively complicated and appears tailored to a very specific application.
  • At least one fluid flowing in a heat exchanger can take place.
  • a heat exchanger system preferably for connection to an internal combustion engine, comprising a
  • Heat exchanger module in particular oil-water heat exchanger module, as well as a Schichtholicmodul, which is mounted or mounted on the heat exchanger module, wherein the Schichtsammlungmodul a substrate, in particular a support plate, as well as on the substrate, in particular the support plate, applied
  • a central idea of the invention is to provide a layer heating module comprising a substrate and a heating coating for connection to a heat exchanger module, in particular an oil-water heat exchanger module.
  • the heating coating is therefore not applied directly to the heat exchanger, but on a separate substrate, which in turn to the heat exchanger (heat exchanger module) is mounted (fixed). It is quite deliberately (at least partially) dispensed with the advantages described in the prior art in favor of a simple and extremely variable (flexible) production.
  • the provision of the substrate initially increases the overall installation space of the heat exchanger system. The heat transfer is basically less effectively. Nevertheless, according to the invention, the way was taken
  • Heat exchangers (of different types and / or different size) in a simple manner possible, possibly by one and the same
  • the substrate is preferably a plate-shaped substrate, in particular a carrier plate.
  • the plate preferably has two (at least substantially) planar surfaces. Unevenness preferably has a maximum height of 5 mm, preferably 2 mm, more preferably
  • the substrate in particular the carrier plate, may have a polygonal, in particular quadrangular, preferably rectangular, plan or a (circular) circular or elliptical or irregularly shaped floor plan.
  • a thickness of the substrate, in particular the carrier plate, is preferably at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, more preferably at least 2 mm and / or at most 20 mm, preferably at most 12 mm, even more preferably at most 8 mm.
  • the Schichtußmodul is materially connected to the heat exchanger module, in particular glued to the heat exchanger module, and / or non-positively and / or positively connected to the heat exchanger module, in particular clamped.
  • the layer heating module can also be connected to the heat exchanger module in other ways, for example by mechanical fastening means
  • a latching connection may alternatively or additionally be provided, for example in such a way that the layer heating module snaps into latching devices of the heat exchanger module.
  • the substrate in particular the carrier plate, at least partially made of a (thermal and / or electrical) insulating material.
  • a thermally insulating material is meant, in particular, a material having a thermal conductivity (at 25 ° C.) of less than 10 W / mK or less than 2 W / mK or less than 0.8 W / mK or less than 0.5 W / mK.
  • an electrically insulating material is in particular a material having a resistivity (at 25 ° C) of at least 10 5 mm -1 m or 1 at least 10 9 ⁇ ⁇ ⁇ 1 2 W / mK or at least 10 12 ⁇ ⁇ ⁇ 1.
  • the substrate, in particular the support plate in particular from a (possibly Alternatively, it is also conceivable that the substrate, in particular the support plate, in particular the
  • Support plate made of a conductor, for example metal is made. Then, if necessary, an insulating layer between the heating coating and the substrate,
  • the carrier plate in particular the carrier plate, be provided.
  • the electrical heating coating is applied directly to the substrate, in particular the carrier plate.
  • the substrate preferably the carrier plate, is made of an insulating material, the substrate can act synergistically simultaneously as a carrier for the additional module and as a structure that at least partially
  • Heat exchanger module allowed to serve.
  • the heating coating and / or insulation layer is preferably applied to the substrate in a full surface. Furthermore, the heating coating and / or the insulation layer may have an (at least substantially) constant layer thickness. The heating coating or the insulating layer can be applied directly to the substrate. The heating coating and / or the
  • Insulation layer can / can be formed per se form unstable (or non-self-supporting).
  • the heating coating is on the
  • Heat exchanger module can be preheated effectively.
  • the gap is preferably
  • the film is preferably thermally (well) conductive and further preferably has a thermal conductivity (at 25 ° C) of at least 15 W / mK or at least 50 W / mK or at least 100 W / mK or at least 180 W / mK, in particular if the heating coating is applied to the Heat exchanger module side facing the substrate, in particular the support plate is arranged, thereby a simple isolation (at least in sections) of the heating coating with respect to the heat exchanger module can be achieved. Basically, however (in the assembled state) the
  • an insulating layer or an insulating cover may be arranged.
  • the heat exchanger module can also have a corresponding insulating layer or generally an insulating
  • the contacting may further preferably at least twice by the
  • Substrate extend, preferably such that a conductor portion of
  • the heating coating is over the
  • Heat exchanger module in particular a housing of the heat exchanger module grounded. Concretely, a mass contact (harid) or a spring or the like may be formed between the heating coating and the heat exchanger module. If the heating coating is arranged on the side of the substrate facing the heat exchanger module, in particular the carrier plate, a
  • Heat exchanger module or grounded through the heat exchanger module.
  • both sides of the substrate, in particular the carrier plate are provided with a heating coating. This can be heated particularly effectively.
  • at least two heat exchanger modules and / or at least two layer heating modules are provided.
  • at least one layer heating module is arranged between two heat exchanger modules. It can also be arranged between two Schichtnningmodulen at least one heat exchanger module. Basically, at one
  • Heat exchanger module a plurality, for example at least two, or at least three Schichtnningmodule be arranged. Overall, this can be done in a flexible manner an effective exchange of heat and heating of at least one of the fluids.
  • DC preferably 12 volts, 24 volts or 48 volts designed.
  • Layer heating module comprising at least one substrate, in particular at least one support plate, as well as on the substrate, in particular the support plate, applied electrical heating coating for heating at least one fluid of a heat exchanger, in particular oil-water heat exchanger, preferably of the type described above, dissolved.
  • a method for producing a heat exchanger system in particular an oil-water heat exchanger system, preferably of the type described above, comprising the steps:
  • Layer heating module comprising a substrate, in particular a
  • Support plate as well as on the substrate, in particular the support plate, applied electrical heating coating; and - (material and / or force and / or positive) connecting of
  • Heat exchanger module and Schichtloommodul in particular by gluing and / or clamping.
  • the substrate in particular the carrier plate, is preferably dimensionally stable or made of a dimensionally stable material.
  • a layer heating module for a heat exchanger in particular an oil-water heat exchanger, the layer heating module having the above and / or following features.
  • At least one hole is introduced into the substrate, in particular the carrier plate, for the production of the layer heating module. Further preferably, a contacting of the heating coating is performed by the at least one hole.
  • a blind hole is introduced into the substrate, in particular the carrier plate, in a second (subsequent to the first sub-step) sub-step, the heating coating applied to the substrate and in a (following the second sub-step) third sub-step in a first step a conductor portion is guided against one end of the blind hole, preferably so that a bottom of the blind hole breaks, so that the conductor portion comes into contact with the Schubezelung.
  • two holes can be created in the substrate.
  • a blind hole is introduced into the substrate, in particular the carrier plate, in a second (subsequent to the first sub-step) sub-step, the heating coating applied to the substrate and in a (following the second sub-step) third sub-step in a first step a conductor portion is guided against one end of the blind hole, preferably so that
  • a bi-metal switch possibly with two redundant switch devices, may be provided.
  • the heating coating can be applied indirectly, in particular via an insulating layer, to the substrate, in particular the carrier plate.
  • an insulating layer can, for example, by a
  • Adhesive layer are formed.
  • Insulation layer can be used a polymer material.
  • the insulating layer is preferably provided by a passivation, in particular an oxidizing, in particular anodizing (of aluminum or an aluminum alloy). Overall (especially in low-voltage applications) a simple yet sufficient electrical insulation is provided.
  • the heating coating directly on the substrate in particular the
  • Carrier plate be applied (for example, in low-voltage applications and / or if the substrate is not or only poorly electrically conductive).
  • the complicated structure in the prior art comprising a heating layer, a complex insulating layer and a primer layer can be reduced.
  • the heating coating can be materially bonded to a surface of the substrate, in particular the carrier plate.
  • the Schichtußmodul is on a
  • Heat exchanger cover of the (oil-water) heat exchanger module arranged.
  • Heat exchanger module (even without further protection element) possible. Overall, this proposes a simple yet reliable structure.
  • the heating coating is formed as a continuous (in particular unstructured and / or uninterrupted) layer.
  • the heating coating can generally be at least one section
  • the heating coating at least one
  • rectangular section with a length and a width of at least 1 cm, preferably at least 2 cm, more preferably at least 4 cm include, within which no interruptions or possibly other
  • a break within the heating coating is meant a section through which no current can flow, for example because this section is (completely) free of material remains and / or (at least partially) filled by an insulator.
  • the heating coating can be thermally sprayed (regardless of whether it is unstructured or structured, in its final state). In this context, it has surprisingly been found that even such a simply formed heating coating can cause sufficient heating of the oil.
  • the heating coating is formed as a structured layer.
  • the heating coating is preferably structured by a masking process (preferably using silicone that can be embossed).
  • a masking process preferably using silicone that can be embossed.
  • the insulating layer described above may have a thickness of at least 50 ⁇ , preferably at least 200 ⁇ and / or at most 1000 ⁇ , preferably at most 500 ⁇ amount.
  • the heating coating preferably has a height (thickness) of at least 5 ⁇ , preferably at least 10 ⁇ and / or at most a 1 mm, preferably at most 500 ⁇ , even more preferably at most 30 ⁇ , even more preferably at most 20 ⁇ .
  • a conductor track defined by the heating coating may be at least 1 mm, preferably at least 3 mm, more preferably at least 5 mm, even more preferably at least 10 mm, even more preferably at least 30 mm wide.
  • the term "width" is intended to mean the extent of the conductor perpendicular to its longitudinal extension (the
  • over the heating coating is a
  • Protective cover such as a silicone protective layer attached.
  • the heating coating define an outside of the Schichtholicmoduls.
  • the oil-water heat exchanger module has a plurality of subunits, in particular tray elements, which may be further preferably designed as described in EP 2 466 241 A1.
  • the oil-water heat exchanger module (apart from the layer heating module according to the invention) as in EP 2 466 241 AI or US
  • Pamphlets are hereby incorporated by reference. If several subunits are provided, at least one may possibly
  • Schichtloommodul be arranged between two subunits. If the oil-water heat exchanger module comprises a plurality of well elements, at least one layer heating module may optionally be arranged (applied) between two of these well elements (on one of the well elements). As a result, the preheating (heating) can be further improved by simple means.
  • the oil-water heat exchanger may comprise a turbulator.
  • the turbulator close, z. B. not more than 5 cm, in particular not more than 2 cm, be formed into a heating coating and / or be equipped with a heating coating. This is another possibility, in a simple manner (namely, without the provision of other components) to improve the heating of the fluid. It is exploited in a synergistic way that increased in the area of a turbulator
  • Heat transfer due to the generated turbulence, can be done.
  • the insulating layer may be a ceramic material or a
  • the heating layer may, for example, in a plasma coating process, in particular plasma spraying, or in a screen printing process or as
  • Resistance paste in particular on the insulating layer, are applied.
  • an electrically conductive layer in particular on the insulating layer, are applied. Subsequently areas can be cut out of the electrically conductive layer so that one printed conductor or a plurality of printed conductors remain.
  • a masking technique is used.
  • the printed conductors can then form the heating resistor or several heating resistors.
  • the areas mentioned can be used as an alternative to a masking technique, for example be cut out of the conductive layer by means of a laser.
  • the heating coating can be, for example, a metal layer and optionally contain nickel and / or chromium or consist of these materials. For example, 70-90% nickel and 10-30% chromium can be used, with a
  • Ratio of 80% nickel and 20% chromium is considered to be well suited.
  • the heating coating may, for example, occupy an area of at least 5 cm 2 , preferably at least 10 cm 2 and / or at most 200 cm 2 , preferably at most 100 cm 2 .
  • the (oil-water) heat exchanger module or the (oil-water) heat exchanger system may have a total volume of preferably at least 200 cm 3 , more preferably at least 500 cm 3 , even more preferably at least 800 cm 3 and / or at most 5000 cm 3 , preferably at most 2000 cm 3 .
  • Heat exchanger module or the (oil-water) heat exchanger system 15-25 cm long and / or 8-12 cm wide and / or 3-7 cm high (thick).
  • the heat exchanger module in particular oil-water heat exchanger module preferably has one or more first fluid channels for guiding a first fluid, in particular of the oil, and one or more second fluid channels for guiding a second fluid, in particular of the water.
  • Fig. 1 is a schematic view of a heat exchanger
  • FIG. 2 is a schematic section of a layer heating module according to a first embodiment
  • Fig. 3 is a schematic section of a further embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a schematic section of a (not yet completed)
  • Fig. 5 shows a schematic section of a further embodiment of the invention
  • the oil-water heat exchanger module 10 can, for example, as described in EP 2 466 241 AI, be constructed, in particular several (possibly.
  • the layer heating module 11 comprises a carrier plate 12 and an electrical heating coating 13.
  • the layer heating module 11 is preferably mounted on a cover 28 of the oil-water heat exchanger 10.
  • the electrical heating coating 13 is applied (which is not mandatory) to a side 14 of the carrier plate 12 facing the oil-water heat exchanger module 10.
  • the reference numeral 15 shows a first variant for producing a ground contact, specifically by a ped 15, the
  • Heating coating 13 with the oil-water heat exchanger module 10 (in particular a housing thereof) connects. Another alternative is through the
  • Reference numeral 16 which concretely shows a line 16, which also connects the electrical heating coating with the oil-water heat exchanger module 10 (in particular a housing thereof).
  • the line 16 could also be grounded externally (ie not via the oil-water heat exchanger module 10).
  • a contact corresponding to the ground contact is not shown.
  • such a second contact could also be formed by a line analogous to the line 16, if they are accordingly
  • a first embodiment of a contacting of the electrical heating coating is shown. Again (which is not mandatory) is the electric heating coating 13 on one of the (not shown) carrier plate side facing 14. A side remote from the carrier plate side is denoted by the reference numeral 17.
  • the support plate 12 has a hole 18, through which a contacting the forming conductor portion 19 is guided. To facilitate the contacting one end 20 of the conductor portion 19 is formed as a broadening and in or over a recess 21st arranged. The end 20 is then preferably overmolded during manufacture of the heating coating 13, so that a contact is formed.
  • FIG. 3 an embodiment similar to Fig. 2 is shown, but in which no widening end 20 and no recess 21 is provided.
  • Fig. 4 shows a schematic section of the Schichtnningmoduls before the final completion. Specifically, here a conductor portion 19 is shown, which is inserted into a blind hole 22. Opposite (or subsequent to) the first blind hole 22, a second blind hole 23 is provided (which is not mandatory). In a next step, the heating coating 13 is now applied and then a predetermined breaking point 24 between the two blind holes 22, 23 is broken, so that the conductor portion 19 can come into contact with the heating coating 13.
  • the predetermined breaking point 24 is preferably defined by a web.
  • FIG. 5 shows a further possibility of contacting the heating coating 13.
  • a first hole 25 and a second hole 26 is inserted into the carrier plate 12.
  • a conductor section 19 is thereby guided both through the first hole 25 and through the second hole 26, so that a conductor subsection 27 runs parallel to the heating layer 13, touching it.
  • the electrical heating coating is preferably applied after application of the conductor section 19 (sprayed).

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschersystem, insbesondere zum Anschließen an einen Verbrennungsmotor, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens ein Wärmetauscher-Modul, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher- Modul (10), sowie ein Schichtheizmodul (11), das an das Wärmetauscher-Modul montiert oder montierbar ist, wobei das Schichtheizmodul (11) ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte (12), sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung (13) umfasst.

Description

Wärmetauschersystem
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschersystem, insbesondere Öl-Wasser- Wärmetauschersystem, insbesondere zum Anschließen an einen
Verbrennungsmotor, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschersystems.
Beispielsweise EP 2 466 241 AI beschreibt einen Öl-Wasser-Wärmetauscher mit mehreren aufeinandergestapelten und miteinander verlöteten Wannenelementen. Derartige Öl-Wasser-Wärmetauscher werden üblicherweise in den Kühlkreislauf von Verbrennungsmotoren integriert und können beispielsweise zum Kühlen des Motoröls verwendet werden.
Ein weiterer Öl-Wasser-Wärmetauscher ist in US 2015/0176913 AI gezeigt.
In einer besonderen Ausführungsform wird dort ein elektrischer Heizer in einem Innenraum des Wärmetauschers vorgeschlagen, um eines der miteinander wechselwirkenden Fluide des Wärmetauschers zu erwärmen.
Grundsätzlich wird es bei den bekannten Öl-Wasser-Wärmetauschern als nachteilig empfunden, dass bei diesen entweder gar nicht oder nur
vergleichsweise aufwändig und ineffektiv (insbesondere langsam) ein Vorheizen erfolgen kann. Insbesondere wird die Reduktion von Schadstoffen, die entstehen, wenn das Motoröl nicht auf Betriebstemperatur ist, als verbesserungswürdig angesehen.
Weiterhin sei hinsichtlich des Standes der Technik grundsätzlich auf WO
2013/186106 AI und WO 2013/030048 AI verwiesen. Dort werden Heizungen beschrieben, die eine elektrische Heizschicht aufweisen, die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung (bzw. dem Fließen eines Stroms) erwärmt. Weiterhin sei hinsichtlich des Standes der Technik auf DE 10 2011 006 248 AI verwiesen. Dort wird ein Haushaltskältegerät mit einer Heizvorrichtung
beschrieben. Die Heizvorrichtung ist als Schichtheizung durch Lackieren
hergestellt und auf eine Oberfläche eines Verdampfers des Haushaltskältegeräts aufgetragen. Konkret ist die Schichtheizung gemäß DE 10 2011 006 248 AI direkt auf einer Oberfläche des Verdampfers flächig aufgetragen und kaum thermisch isolierend, um die Funktionalität des Verdampfers nur möglichst gering zu beeinträchtigen. Als nachteilhaft wird jedoch angesehen, dass die Herstellung gemäß diesem Stand der Technik vergleichsweise aufwändig ist und auf einen sehr speziellen Anwendungsfall zugeschnitten erscheint.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Wärmetauschersystem vorzuschlagen, bei dem auf einfache Art und Weise und dennoch effektiv eine Erwärmung
mindestens eines in einem Wärmetauscher strömenden Fluids erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Wärmetauschersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Wärmetauschersystem, vorzugsweise zum Anschluss an einen Verbrennungsmotor, gelöst, umfassend ein
Wärmetauschermodul, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul, sowie ein Schichtheizmodul, das an das Wärmetauscher-Modul montiert oder montierbar ist, wobei das Schichtheizmodul ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte, sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebrachte
Heizbeschichtung umfasst.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, ein Schichtheizmodul umfassend ein Substrat sowie eine Heizbeschichtung zum Anschluss an ein Wärmetauscher- Modul, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul, bereitzustellen. In einer Abkehr vom Stand der Technik wird die Heizbeschichtung also nicht unmittelbar auf den Wärmetauscher aufgebracht, sondern auf ein separates Substrat, das wiederum an den Wärmetauscher (Wärmetauscher-Modul) montiert (befestigt) wird. Es wird dabei durchaus bewusst (zumindest teilweise) auf die im Stand der Technik beschriebenen Vorteile zugunsten einer einfachen und äußerst variablen (flexiblen) Herstellung verzichtet. Insbesondere ist festzustellen, dass durch das Vorsehen des Substrates der Gesamt-Bauraum des Wärmetauschersystems zunächst vergrößert wird . Auch die Wärmeübertragung ist grundsätzlich weniger effektiv. Dennoch wurde erfindungsgemäß der Weg eingeschlagen, ein
(separates) Schichtheizmodul vorzusehen, um eine Erwärmung mindestens eines in einem Wärmetauscher strömenden Fluides effektiv und mit einfachen Mitteln zu ermöglichen. Insbesondere ist eine Aufrüstung bereits bestehende
Wärmetauscher (und zwar verschiedenen Typs und/oder verschiedener Größe) auf einfache Art und Weise möglich, ggf. durch ein und dasselbe
Schichtheizmodul.
Bei dem Substrat handelt es sich vorzugsweise um ein plattenförmiges Substrat, insbesondere eine Trägerplatte. Die Platte weist vorzugsweise zwei (zumindest im Wesentlichen) ebene Oberflächen auf. Unebenheiten haben vorzugsweise eine maximale Höhe von 5 mm, vorzugsweise 2 mm, noch weiter vorzugsweise
0,5 mm. Das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, kann einen vieleckigen, insbesondere viereckigen, vorzugsweise rechteckigen Grundriss oder einen (kreis-) runden oder elliptischen oder unregelmäßig geformten Grundriss aufweisen. Eine Dicke des Substrats, insbesondere der Trägerplatte, beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 2 mm und/oder höchstens 20 mm, vorzugsweise höchstens 12 mm, noch weiter vorzugsweise höchstens 8 mm.
Vorzugsweise ist das Schichtheizmodul stoffschlüssig mit dem Wärmetauscher- Modul verbunden, insbesondere auf das Wärmetauscher-Modul aufgeklebt, und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Wärmetauscher-Modul verbunden, insbesondere aufgeklemmt. Dadurch wird auf einfache Weise ein zuverlässig funktionierendes Wärmetauschersystem hergestellt. Alternativ kann das Schichtheizmodul auch auf andere Weise mit dem Wärmetauschermodul verbunden werden, beispielsweise durch mechanische Befestigungsmittel
(z. B. Schrauben und/oder Bolzen). Auch eine Rastverbindung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, beispielsweise derart, dass das Schichtheizmodul in Rasteinrichtungen des Wärmetauschermoduls einschnappt.
Vorzugsweise ist das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, zumindest teilweise aus einem (thermisch und/oder elektrisch) isolierenden Material gefertigt. Unter einem thermisch isolierenden Material ist insbesondere ein Material mit einer Wärmeleitzahl (bei 25 °C) von unter 10 W/mK oder unter 2 W/mK oder unter 0,8 W/mK oder unter 0,5 W/mK zu verstehen. Unter einem elektrisch isolierenden Material ist insbesondere ein Material mit einem spezifischen Widerstand (bei 25 °C) von mindestens 105 fi'mm^m"1 oder mindestens 109 Ωτηιτι^ιτΓ1 2 W/mK oder mindestens 1012 Ωτηιτι^ ιτΓ1 zu verstehen. Das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, kann insbesondere aus einer (ggf. isolierenden) Keramik gefertigt sein. Es ist alternativ auch denkbar, dass das Substrat, insbesondere die
Trägerplatte, aus einem Leiter, beispielsweise Metall gefertigt ist. Dann kann ggf. eine Isolierschicht zwischen der Heizbeschichtung und dem Substrat,
insbesondere der Trägerplatte, vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch im Allgemeinen, wenn die elektrische Heizbeschichtung unmittelbar auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebracht ist. Insbesondere wenn das Substrat, vorzugsweise die Trägerplatte, aus einem isolierenden Material gefertigt ist, kann auf synergistische Weise das Substrat gleichzeitig als Träger für das Zusatzmodul und als Struktur, die zumindest eine abschnittsweise
Isolierung der elektrischen Heizbeschichtung gegenüber dem
Wärmetauschermodul erlaubt, dienen.
Die Heizbeschichtung und/oder Isolationsschicht ist vorzugsweise (voll-)flächig auf dem Substrat aufgebracht. Weiterhin kann die Heizbeschichtung und/oder die Isolationsschicht eine (zumindest im Wesentlichen) konstante Schichtdicke aufweisen. Die Heizbeschichtung oder die Isolationsschicht kann unmittelbar auf dem Substrat aufgebracht sein. Die Heizbeschichtung und/oder die
Isolationsschicht kann/können per se forminstabil (bzw. nicht-selbsttragend) ausgebildet sein.
In einer konkreten Ausführungsform ist die Heizbeschichtung auf der dem
Wärmetauschermodul zugewandten Seite des Substrates, insbesondere der Trägerplatte, angeordnet. Bei einer derartigen Ausführungsform kann das
Wärmetauschermodul effektiv vorgeheizt werden.
Vorzugsweise ist im montierten Zustand des Schichtheizmoduls zumindest abschnittsweise ein Zwischenraum zwischen Schichtheizmodul und
Wärmetauschermodul ausgebildet. Der Zwischenraum ist vorzugsweise
(zumindest abschnittsweise) mit einem Füllmaterial („gap filier"), insbesondere einer ggf. komprimierbaren und/oder elastisch und/oder plastisch verformbaren Folie, ausgefüllt. Die Folie ist vorzugsweise thermisch (gut) leitend und weist weiter vorzugsweise eine Wärmeleitzahl (bei 25 °C) von mindestens 15 W/mK oder mindestens 50 W/mK oder mindestens 100 W/mK oder mindestens 180 W/mK auf. Insbesondere wenn die Heizbeschichtung auf der dem Wärmetauschermodul zugewandten Seite des Substrates, insbesondere der Trägerplatte, angeordnet ist, kann dadurch eine einfache Isolierung (zumindest abschnittsweise) der Heizbeschichtung gegenüber dem Wärmetauschermodul erreicht werden. Grundsätzlich kann jedoch (im montierten Zustand) die
Heizbeschichtung auch (ggf. vollflächig) in Kontakt mit einer Oberfläche des Wärmetauschermoduls stehen. In einem solchen Fall kann ggf. auf der
Heizbeschichtung (konkret auf der Seite der Heizbeschichtung, die von dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, weg weist) eine Isolierschicht oder ein Isolierdeckel angeordnet sein. Ggf. kann jedoch auch das Wärmetauschermodul eine entsprechende Isolierschicht aufweisen oder generell eine isolierende
Oberfläche aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft eine Kontaktierung der
Heizbeschichtung durch das Substrat, insbesondere die Trägerplatte.
Die Kontaktierung kann weiter vorzugsweise mindestens zweimal durch das
Substrat verlaufen, vorzugsweise derart, dass ein Leiterabschnitt der
Kontaktierung parallel zu der Heizbeschichtung (diese berührend) verläuft.
Bei derartigen Ausführungsformen wird eine einfache und dennoch zuverlässige
Kontaktierung, die zugleich platzsparend ist, ermöglicht.
In einer Ausführungsform ist die Heizbeschichtung über das
Wärmetauschermodul, insbesondere ein Gehäuse des Wärmetauschermoduls geerdet. Konkret kann dazu zwischen Heizbeschichtung und Wärmetauschermodul ein Masse-Kontakt (päd) oder eine Feder oder Ähnliches ausgebildet sein. Wenn die Heizbeschichtung auf der dem Wärmetauschermodul zugewandten Seite des Substrates, insbesondere der Trägerplatte, angeordnet ist, kann eine
Erdungsleitung auch ggf. durch das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, hindurchführen und dann entweder extern (also nicht über das
Wärmetauschermodul) oder über das Wärmetauschermodul geerdet sein.
Insgesamt wird ein vergleichsweise einfaches Schließen des Stromkreises ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Seiten des Substrates, insbesondere der Trägerplatte, mit einer Heizbeschichtung versehen. Dadurch kann besonders effektiv geheizt werden. In weiteren Ausführungsformen sind mindestens zwei Wärmetauschermodule und/oder mindestens zwei Schichtheizmodule vorgesehen. Vorzugsweise ist mindestens ein Schichtheizmodul zwischen zwei Wärmetauschermodulen angeordnet. Es kann auch mindestens ein Wärmetauschermodul zwischen zwei Schichtheizmodulen angeordnet sein. Grundsätzlich können an einem
Wärmetauschermodul mehrere, beispielsweise mindestens zwei, oder mindestens drei Schichtheizmodule angeordnet werden. Insgesamt können dadurch auf flexible Art und Weise ein effektiver Austausch von Wärme und eine Erwärmung mindestens eines der Fluide erfolgen.
Vorzugsweise ist das Schichtheizmodul für einen Betrieb im Niedervoltbereich (= vorzugsweise weniger als 100 V, weiter vorzugsweise weniger als 60 V
(Gleichstrom), vorzugsweise 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt ausgelegt.
Entsprechend können elektrische und/oder elektronische Komponenten, die für einen Betrieb des Schichtheizmoduls notwendig sind, ausgelegt sein. Dadurch kann eine ggf. notwendige Isolierung vergleichsweise einfach ausgebildet sein. Insbesondere sind aufwändige Isolierungen, wie üblicherweise im Stand der Technik (beim dem im Hochvoltbereich gearbeitet wird), nicht notwendig.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch die Verwendung eines
Schichtheizmoduls, umfassend mindestens ein Substrat, insbesondere mindestens eine Trägerplatte, sowie ein auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung zum Erwärmen mindestens eines Fluids eines Wärmetauschers, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauschers, vorzugsweise der oben beschriebenen Art, gelöst.
Weiter wird die oben genannte Aufgabe unabhängig durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschersystems, insbesondere Öl-Wasser- Wärmetauscher-Systems, vorzugsweise der oben beschriebenen Art, gelöst, umfassend die Schritte:
- Bereitstellung oder Herstellung eines Wärmetauschermoduls, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher-Moduls, sowie eines (separaten)
Schichtheizmoduls, umfassend ein Substrat, insbesondere eine
Trägerplatte, sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung; und - (stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssiges )Verbinden von
Wärmetauschermodul und Schichtheizmodul, insbesondere durch Kleben und/oder Anklemmen.
Das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, ist vorzugsweise formstabil bzw. aus einem formstabilen Material gefertigt.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Schichtheizmodul für einen Wärmetauscher, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher, gelöst, wobei das Schichtheizmodul die obigen und/oder nachfolgenden Merkmale aufweist.
Vorzugsweise wird zur Herstellung des Schichtheizmoduls mindestens ein Loch in das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, eingebracht. Weiter vorzugsweise wird durch das mindestens eine Loch eine Kontaktierung der Heizbeschichtung geführt. In einer konkreten Ausführungsform wird in einem ersten Teilschritt ein Sackloch in das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, eingebracht, in einem zweiten (auf den ersten Teilschritt folgenden) Teilschritt die Heizbeschichtung auf das Substrat aufgetragen und in einem (auf den zweiten Teilschritt folgenden) dritten Teilschritt ein Leiterabschnitt gegen ein Ende des Sackloches geführt, vorzugsweise so dass ein Boden des Sacklochs bricht, so dass der Leiterabschnitt in Kontakt mit der Heizbeschichtung kommt. Alternativ oder zusätzlich können zwei Löcher im Substrat geschaffen werden. Vorzugsweise wird eine
Kontaktierung für die Heizbeschichtung durch beide Löcher geführt und verläuft weiter vorzugsweise (zumindest abschnittsweise) parallel zu einer Ebene, die durch die Heizbeschichtung definiert wird (die Heizbeschichtung berührend). Insofern weiter oben (im Zusammenhang mit dem Wärmetauschersystem) Merkmale beschrieben sind, die zumindest auch mit der Herstellung des
Wärmetauschersystems in Zusammenhang stehen, werden diese
Verfahrensmerkmale auch als bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens vorgeschlagen.
Für eine Steuerung, insbesondere Regelung, der elektrischen Heizbeschichtung kann ein Bi-Metall-Schalter, evtl. mit zwei redundanten Schaltereinrichtungen, vorgesehen sein.
Die Heizbeschichtung kann mittelbar, insbesondere über eine Isolationsschicht vermittelt, auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebracht sein. Eine derartige Isolationsschicht kann beispielsweise durch eine
Haftvermittlerschicht gebildet werden. Vorzugsweise kann für die
Isolationsschicht ein Polymermaterial verwendet werden. Bevorzugt wird die Isolierschicht jedoch durch eine Passivierung, insbesondere ein Oxidieren, insbesondere Eloxieren (von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung) bereitgestellt. Insgesamt wird (gerade in Niedervolt-Anwendungen) eine einfache und dennoch ausreichende elektrische Isolierung bereitgestellt. Alternativ kann die Heizbeschichtung unmittelbar auf dem Substrat, insbesondere der
Trägerplatte, aufgebracht sein (beispielsweise in Niedervolt-Anwendungen und/oder wenn der Untergrund nicht oder nur schlecht elektrisch leitend ist). Insgesamt kann der komplizierte Aufbau im Stand der Technik, umfassend eine Heizschicht, eine aufwändige Isolierschicht sowie eine Haftvermittlerschicht reduziert werden. Grundsätzlich kann die Heizbeschichtung stoffschlüssig mit einer Oberfläche des Substrats, insbesondere der Trägerplatte, verbunden sein.
In einer konkreten Ausführungsform ist das Schichtheizmodul auf einem
Wärmetauscherdeckel des (Öl-Wasser-)Wärmetauschermoduls angeordnet.
Gerade bei einer Niedervoltanwendung ist auch bei einer Anwendung auf der Außenseite des Deckels (die beispielsweise im Hinblick auf die Kontaktierung vorteilhaft sein kann) ein ausreichend sicherer Gebrauch des (Öl-Wasser-)
Wärmetauscher-Moduls (selbst ohne weiteres Schutzelement) möglich. Insgesamt wird dadurch eine einfache und dennoch zuverlässig funktionierende Struktur vorgeschlagen.
In einer alternativen Ausführungsform ist die Heizbeschichtung als durchgehende (insbesondere unstrukturierte und/oder ununterbrochene) Schicht ausgebildet. Die Heizbeschichtung kann im Allgemeinen mindestens einen Abschnitt
aufweisen, innerhalb dessen in zwei aufeinander senkrechten Richtungen über einen Weg von mindestens 1 cm, vorzugsweise mindesten 2 cm, noch weiter vorzugsweise mindestens 4 cm keine Unterbrechungen in der Heizbeschichtung vorliegen. Beispielsweise kann die Heizbeschichtung mindestens einen
rechteckförmigen Abschnitt mit einer Länge und einer Breite von je mindestens 1 cm, vorzugsweise mindesten 2 cm, noch weiter vorzugsweise mindestens 4 cm umfassen, innerhalb dessen keine Unterbrechungen oder ggf. sonstigen
Strukturen in der Heizbeschichtung vorliegen. Unter einer„Unterbrechung" innerhalb der Heizbeschichtung ist ein Abschnitt zu verstehen, durch den kein Strom fließen kann, beispielsweise da dieser Abschnitt (gänzlich) frei von Material bleibt und/oder (zumindest teilweise) durch einen Isolator ausgefüllt ist. Die Heizbeschichtung kann thermisch aufgespritzt werden (unabhängig davon, ob sie unstrukturiert oder strukturiert ist, im Endzustand). In diesem Zusammenhang hat es sich überraschend gezeigt, dass selbst eine derartig einfach ausgebildete Heizbeschichtung eine ausreichende Erwärmung des Öls bewirken kann.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Heizbeschichtung als strukturierte Schicht ausgebildet. Die Heizbeschichtung wird dabei vorzugsweise durch ein Maskierverfahren (vorzugsweise unter Verwendung von Silikon, das geprägt werden kann) strukturiert. Derartige bekannte Maskierverfahren, erlauben eine zufriedenstellende Strukturierung und sind weniger aufwändig als beispielsweise Laserverfahren zur Strukturierung, die gerade im Hochvoltberiech eingesetzt werden. Insgesamt werden daher auf synergistische Art und Weise die Vorteile eines Maskierverfahrens im Hinblick auf die vorliegende Heizbeschichtung ausgenutzt.
Die oben beschriebene Isolierschicht kann eine Dicke von mindestens 50 μιτι, vorzugsweise mindestens 200 μιτι und/oder höchstens 1000 μιτι, vorzugsweise höchstens 500 μιτι betragen.
Die Heizbeschichtung hat vorzugsweise eine Höhe (Dicke) von mindestens 5 μιτι, vorzugsweise mindestens 10 μιτι und/oder höchstens einem 1 mm, vorzugsweise höchstens 500 μιτι, noch weiter vorzugsweise höchstens 30 μιτι, noch weiter vorzugsweise höchstens 20 μιτι. Eine durch die Heizbeschichtung definierte Leiterbahn kann mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 5 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 10 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 30 mm breit sein. Unter„Breite" soll die Ausdehnung der Leiterbahn senkrecht zu ihrer Längserstreckung (die
üblicherweise auch die Richtung des Stromflusses definiert) verstanden werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist über der Heizbeschichtung eine
Schutzabdeckung, beispielsweise eine Silikon-Schutzschicht, angebracht.
Alternativ kann jedoch auch (in einer besonders einfach herstellbaren
Ausführungsform) die Heizbeschichtung eine Außenseite des Schichtheizmoduls definieren. In einer konkreten Ausführungsform weist das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul mehrere Untereinheiten, insbesondere Wannenelemente auf, die weiter vorzugsweise, wie in EP 2 466 241 AI beschrieben, ausgebildet sein können. Grundsätzlich kann das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (abgesehen von dem erfindungsgemäßen Schichtheizmodul) wie in EP 2 466 241 AI oder US
2015/0176913 AI beschrieben, ausgebildet sein. Die Offenbarung dieser
Druckschriften wird hiermit durch Bezugnahme explizit aufgenommen. Wenn mehrere Untereinheiten vorgesehen sind, kann ggf. mindestens ein
Schichtheizmodul zwischen zwei Untereinheiten angeordnet sein. Wenn das Öl- Wasser-Wärmetauscher-Modul mehrere Wannenelemente umfasst, kann ggf. mindestens ein Schichtheizmodul zwischen zwei dieser Wannenelemente (auf einem der Wannenelemente) angeordnet (aufgebracht) sein. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Vorheizung (Zuheizung) weiter verbessert werden.
Der Öl-Wasser-Wärmetauscher kann einen Turbulator aufweisen. In einem solchen Fall kann der Turbulator nahe, z. B. nicht weiter als 5 cm, insbesondere nicht weiter als 2 cm, zu einer Heizbeschichtung ausgebildet sein und/oder mit einer Heizbeschichtung ausgestattet sein. Auch dies ist eine weitere Möglichkeit, auf einfache Art und Weise (nämlich ohne das Vorsehen weiterer Komponenten) die Erwärmung des Fluids zu verbessern. Dabei wird auf synergistische Art und Weise ausgenutzt, dass im Bereich eines Turbulators eine erhöhte
Wärmeübertragung, aufgrund der erzeugten Turbulenzen, erfolgen kann.
Im Allgemeinen kann die Isolierschicht ein Keramikmaterial oder ein
Polymermaterial sein oder aus einem solchen Material bestehen, wobei als Keramikmaterial beispielsweise Al203 in Frage kommt.
Die Heizschicht kann beispielsweise in einem Plasmabeschichtungsverfahren, insbesondere Plasmaspritzen, oder in einem Siebdruckverfahren oder als
Widerstandspaste, insbesondere auf die Isolierschicht, aufgetragen werden. In dem Plasmabeschichtungsverfahren kann beispielsweise zunächst eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere auf die Isolierschicht, aufgetragen werden. Aus der elektrisch leitfähigen Schicht können anschließend Bereiche ausgeschnitten werden, so dass eine Leiterbahn oder mehrere Leiterbahnen übrigbleiben.
Bevorzugt kommt jedoch eine Maskiertechnik zum Einsatz. Die Leiterbahnen können dann den Heizwiderstand oder mehrere Heizwiderstände bilden. Die genannten Bereiche können alternativ zu einer Maskiertechnik, beispielsweise mittels eines Lasers aus der leitfähigen Schicht herausgeschnitten werden. Die Heizbeschichtung kann beispielsweise eine Metallschicht sein und ggf. Nickel und/oder Chrom enthalten oder aus diesen Materialien bestehen. Beispielsweise können 70-90% Nickel und 10-30% Chrom verwendet werden, wobei ein
Verhältnis von 80% Nickel und 20% Chrom als gut geeignet betrachtet wird .
Die Heizbeschichtung kann beispielsweise eine Fläche von mindestens 5 cm2, vorzugsweise mindestens 10 cm2 und/oder höchstens 200 cm2, vorzugsweise höchstens 100 cm2, einnehmen. Das (ÖI-Wasser-)Wärmetauscher-Modul oder das (Öl-Wasser-)Wärmetauscher-System kann ein Gesamtvolumen von vorzugsweise mindestens 200 cm3, noch weiter vorzugsweise mindestens 500 cm3, noch weiter vorzugsweise mindestens 800 cm3 und/oder höchstens 5000 cm3, vorzugsweise höchstens 2000 cm3, aufweisen. Beispielsweise kann das (Öl-Wasser-)
Wärmetauscher-Modul oder das (Öl-Wasser-)Wärmetauscher-System 15-25 cm lang und/oder 8-12 cm breit und/oder 3-7 cm hoch (dick) sein.
Der Das Wärmetauschermodul, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauschermodul weist vorzugsweise einen oder mehrere erste Fluidkanäle zum Führen eines ersten Fluids, insbesondere des Öls und einen oder mehrere zweite Fluidkanäle zum Führen eines zweiten Fluids, insbesondere des Wassers auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen :
Fig . 1 eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers;
Fig . 2 einen schematischen Ausschnitt eines Schichtheizmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig . 3 einen schematischen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des
Schichtheizmoduls;
Fig . 4 einen schematischen Ausschnitt eines (noch nicht fertiggestellten)
Schichtheizmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig . 5 einen schematischen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des
Schichtheizmoduls. In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 zeigt ein Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 sowie ein Schichtheizmodul 11. Das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 kann, beispielsweise wie in EP 2 466 241 AI beschrieben, aufgebaut sein, insbesondere mehrere (ggf.
miteinander verlötete) Wannenelemente aufweisen.
Das Schichtheizmodul 11 umfasst eine Trägerplatte 12 sowie eine elektrische Heizbeschichtung 13. Das Schichtheizmodul 11 ist vorzugsweise auf einem Deckel 28 des Öl-Wasser-Wärmetauschers 10 angebracht.
Die elektrische Heizbeschichtung 13 ist (was nicht zwingend ist) an einer dem Öl- Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 zugewandten Seite 14 der Trägerplatte 12 aufgebracht. Das Bezugszeichen 15 zeigt eine erste Variante zur Herstellung eines Masse-Kontakts, nämlich konkret durch ein Päd 15, das die
Heizbeschichtung 13 mit dem Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 (insbesondere einem Gehäuse davon) verbindet. Eine weitere Alternative ist durch das
Bezugszeichen 16 gekennzeichnet, das konkret eine Leitung 16 zeigt, die ebenfalls die elektrische Heizbeschichtung mit dem Öl-Wasser-Wärmetauscher- Modul 10 (insbesondere einem Gehäuse davon) verbindet. Alternativ könnte die Leitung 16 auch extern (also nicht über das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10) geerdet sein. Ein zu dem Masse-Kontakt korrespondierender Kontakt ist nicht dargestellt. Ein derartiger zweiter Kontakt könnte jedoch ebenfalls durch eine Leitung analog der Leitung 16 gebildet werden, wenn diese entsprechend
(abweichend von Fig. 1) angeschlossen ist.
In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform einer Kontaktierung der elektrischen Heizbeschichtung gezeigt. Auch hier (was nicht zwingend ist) befindet sich die elektrische Heizbeschichtung 13 auf einer der (nicht gezeigten) Trägerplatte zugewandten Seite 14. Eine von der Trägerplatte abgewandte Seite ist mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnet. Die Trägerplatte 12 weist ein Loch 18 auf, durch das ein die Kontaktierung bildender Leiterabschnitt 19 geführt wird. Zur Erleichterung der Kontaktierung ist ein Ende 20 des Leiterabschnitts 19 als Verbreiterung ausgebildet und in einer bzw. über einer Ausnehmung 21 angeordnet. Das Ende 20 wird dann beim Herstellen der Heizbeschichtung 13 vorzugsweise überspritzt, so dass sich ein Kontakt ausbildet.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform ähnlich zu Fig. 2 gezeigt, bei der jedoch kein sich verbreiterndes Ende 20 sowie keine Ausnehmung 21 vorgesehen ist.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Ausschnitt des Schichtheizmoduls vor der endgültigen Fertigstellung. Konkret ist hier ein Leiterabschnitt 19 gezeigt, der in ein Sackloch 22 eingeführt wird. Gegenüber (bzw. sich anschließend an) dem ersten Sackloch 22 ist ein zweites Sackloch 23 vorgesehen (was nicht zwingend ist). In einem nächsten Schritt wird nun die Heizbeschichtung 13 aufgebracht und danach eine Sollbruchstelle 24 zwischen den beiden Sacklöchern 22, 23 durchbrochen, so dass der Leiterabschnitt 19 mit der Heizbeschichtung 13 in Kontakt kommen kann. Die Sollbruchstelle 24 wird vorzugsweise durch einen Steg definiert.
In Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit der Kontaktierung der Heizbeschichtung 13 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist ein erstes Loch 25 sowie ein zweites Loch 26 in die Trägerplatte 12 eingebracht. Ein Leiterabschnitt 19 wird dabei sowohl durch das erste Loch 25 als auch durch das zweite Loch 26 geführt, so dass ein Leiterunterabschnitt 27 parallel zur Heizschicht 13, diese berührend, verläuft. Dadurch wird eine besonders einfache und zuverlässige Kontaktierung realisiert. Auch hier wird die elektrische Heizbeschichtung vorzugweise nach Anbringen des Leiterabschnittes 19 aufgebracht (aufgespritzt).
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.
Bezugszeichenliste
10 Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul
11 Schichtheizmodul
12 Trägerplatte
13 elektrische Heizbeschichtung
14 Seite Päd
Leiter
Seite
Loch
Leiterabschnitt
Ende
Ausnehmung erstes Sackloch zweites Sackloch
Sollbruchstelle erstes Loch zweites Loch
Leiterunterabschnitt
Deckel

Claims

Ansprüche
Wärmetauschersystem, insbesondere zum Anschließen an einen
Verbrennungsmotor, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens ein Wärmetauscher-Modul, insbesondere Öl-Wasser- Wärmetauscher-Modul (10), sowie ein Schichtheizmodul (11), das an das Wärmetauscher-Modul montiert oder montierbar ist, wobei das
Schichtheizmodul (11) ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte (12), sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung (13), umfasst.
Wärmetauschersystem nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
das Schichtheizmodul stoffschlüssig mit dem Wärmetauscher-Modul verbunden ist, insbesondere auf das Wärmetauscher-Modul aufgeklebt, und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Wärmetauscher- Modul verbunden ist, insbesondere aufgeklemmt ist
Wärmetauschersystem nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
das Substrat, insbesondere die Trägerplatte (12), aus einem elektrisch und/oder thermisch isolierenden Material, vorzugsweise Keramik, gefertigt ist.
Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
die Heizbeschichtung (13) auf der dem Wärmetauscher-Modul (10) zugewandten Seite des Substrates, insbesondere der Trägerplatte (12), angeordnet ist.
Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
im montierten Zustand des Schichtheizmoduls ein Zwischenraum zwischen Schichtheizmodul (11) und Wärmetauscher-Modul (10) ausgebildet ist, wobei der Zwischenraum vorzugsweise mit einem Füllmaterial gefüllt ist.
6. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
eine Kontaktierung der Heizbeschichtung (13) durch das Substrat, insbesondere die Trägerplatte (12), verläuft, wobei die Kontaktierung vorzugsweise mindestens zweimal durch das Substrat, insbesondere die Trägerplatte (12) verläuft, vorzugsweise derart, dass ein Leiterabschnitt (27) der Kontaktierung parallel zu der elektrischen Heizbeschichtung (13), diese berührend, verläuft.
7. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
die elektrische Heizbeschichtung (13) über das Wärmetauscher-Modul (10), insbesondere ein Gehäuse des Wärmetauscher-Moduls, geerdet ist.
8. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
beide Seiten des Substrates, insbesondere der Trägerplatte (12), mit einer elektrischen Heizbeschichtung (13) versehen sind.
9. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t, dass
mindestens zwei Wärmetauscher-Module und/oder mindestens zwei Schichtheizmodule vorgesehen sind, wobei vorzugsweise mindestens ein Schichtheizmodul zwischen zwei Wärmetauschermodulen angeordnet ist.
10. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e ke n n z e i c h n et, dass
das Schichtheizmodul (11) für einen Betrieb im Niedervoltbereich, vorzugsweise für 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt ausgelegt ist.
11. Verwendung eines Schichtheizmoduls (11), umfassend ein Substrat,
insbesondere eine Trägerplatte (12), sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), aufgebrachte elektrische
Heizbeschichtung (13) zum Erwärmen mindestens eines Fluids eines Wärmetauschers, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauschers.
12. Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschersystems, vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte:
- Bereitstellung oder Herstellung eines Wärmetauschermoduls,
insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher-Moduls (10), sowie eines Schichtheizmoduls (11), umfassend ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte (12), sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung (13); und
- Verbinden von Wärmetauschermodul (10) und Schichtheizmodul (11), insbesondere durch Kleben und/oder Anklemmen.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
zur Herstellung des Schichtheizmoduls (11) mindestens ein Loch (18, 25, 26) im Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), eingebracht wird, wobei eine Kontaktierung zum Kontaktieren der elektrischen
Heizbeschichtung durch das mindestens eine Loch geführt wird,
wobei vorzugsweise in einem ersten Teilschritt ein Sackloch (22) im
Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), hergestellt wird, in einem zweiten Teilschritt die elektrische Heizbeschichtung (13) auf das Substrat aufgetragen wird und in einem dritten Teilschritt ein Leiterabschnitt gegen ein Ende des Sacklochs geführt wird, so dass ein Boden des Sacklochs bricht, so dass der Leiterabschnitt in Kontakt mit der elektrischen
Heizbeschichtung (13) kommt und/oder
wobei vorzugsweise zwei Löcher (25, 26) im Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), geschaffen werden, wobei ein Leiterabschnitt der Kontaktierung vorzugsweise parallel zu der elektrischen Heizbeschichtung (13), diese berührend, verläuft.
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