EP3613256A1 - Elektrische heizeinrichtung - Google Patents

Elektrische heizeinrichtung

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Publication number
EP3613256A1
EP3613256A1 EP18712822.8A EP18712822A EP3613256A1 EP 3613256 A1 EP3613256 A1 EP 3613256A1 EP 18712822 A EP18712822 A EP 18712822A EP 3613256 A1 EP3613256 A1 EP 3613256A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
partially
closed cavity
partially closed
heating device
electrical connection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18712822.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Zoske
Volodymyr Ilchenko
Uwe Strecker
Nikolaus Gerhardt
Michael Schwanecke
Vitali Dell
Bengt Meier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP3613256A1 publication Critical patent/EP3613256A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0236—Industrial applications for vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant
    • B60H1/2215—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant the heat being derived from electric heaters
    • B60H1/2218—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant the heat being derived from electric heaters controlling the operation of electric heaters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/02—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to electric heating circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H39/00—Switching devices actuated by an explosion produced within the device and initiated by an electric current
    • H01H39/006—Opening by severing a conductor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant
    • B60H2001/2228—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant controlling the operation of heaters
    • B60H2001/2231—Heating, cooling or ventilating devices the heat source being other than the propulsion plant controlling the operation of heaters for proper or safe operation of the heater
    • 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
    • H05B2203/022—Heaters specially adapted for heating gaseous material
    • H05B2203/023—Heaters of the type used for electrically heating the air blown in a vehicle compartment by the vehicle heating system

Definitions

  • the present invention relates to an electric heater, in particular for a vehicle.
  • Modern motor vehicles especially motor vehicles, which do not include a fuel-powered internal combustion engine and are electrically powered often include electric heaters to provide the heat required for vehicle interior air conditioning.
  • electric heaters have a high heating power, so that appropriate precautions must be taken for safe operation and possible failure of the electric heaters.
  • the present invention has for its object to provide an electric heater, which is reliably deactivated in case of defects.
  • the electric heating device comprises a heat exchanger body which has a heat transfer surface.
  • a medium to be heated may be present on the heat transfer surface and / or heat may be introduced by an electrical heating device, for example a heating layer. Indirect contact with the heating layer may suffice, for example via copper conductors which conduct heat well and form the electrical contact of the heating layer.
  • the heat transfer surface is a surface of the heat exchanger body at which heat is introduced or discharged into the heat exchanger body as a function of an existing temperature gradient.
  • the electrical heating ZUNE further comprises an at least partially closed cavity, wherein the at least partially closed cavity has an at least partially closed cavity partially delimiting wall portion adjacent to the heat transfer surface.
  • the expression “adjoining” can be understood here to mean that the wall section partially delimiting the at least partially closed cavity forms on its side facing away from the at least partially closed cavity a part of the heat transfer surface on which the medium to be heated is present and / or generated heat is registered.
  • a pyrotechnic charge is arranged in the at least partially closed cavity.
  • the at least partially closed cavity has a further wall portion partially delimiting the at least partially closed cavity, to which an electrical connection line of the electrical heating device adjoins.
  • the expression “adjoining” can be understood here to mean that the electrical connection line runs on the side of the further wall section facing away from the cavity, or alternatively, that the further wall section is formed by the electrical connection line itself.
  • An at least partially closed cavity is a cavity which in some places may still have openings in wall sections delimiting it, for example in the form of gaps at or between edges of individual wall sections.
  • the pyrotechnic charge may in particular be a temperature-sensitive material which reacts spontaneously chemically when an ignition temperature is reached, gas and solid particles being released.
  • gas and solid particles In the course of the ongoing chemical reaction, for example, 10% of gases and 90% of solid particles can be liberated as reaction products.
  • the gas and solid particle releasing chemical reaction can lead to a large increase in pressure within the at least partially closed cavity, which leads to bursting of the cavity, wherein the electrical connection line is interrupted by bulging of the further wall portion during the bursting of the at least partially closed cavity.
  • the pressure increase is achieved by the thermal energy released in the chemical reaction, which heats the gas present in the at least partially closed cavity, and the reaction products liberated during the chemical reaction, in particular the released gas.
  • the electrical connection line can be an electrical supply line to one or more heating cables, which can be connected in parallel or in series.
  • the heating cables can be designed as conventional ohmic resistors. In particular, it is possible to use for the heating cables materials which have no intrinsic properties which counteract an undesirable rise in temperature.
  • the electrical connection line can itself already be part of the heating cable.
  • the electrical connection line can comprise a plurality of individual line paths, which can run separately in the region of the further wall section.
  • the temperature threshold at which the temperature-sensitive material reacts represents the ignition temperature of the pyrotechnic charge.
  • the ignition temperature of the pyrotechnic charge can be varied by appropriate choice of materials in wide temperature ranges, that is set.
  • the ignition temperature of the pyrotechnic charge may be, for example, between 295 ° C and 305 ° C, which corresponds to a mean ignition temperature of 300 ° C. It is also possible, for example, an ignition temperature of about 260 ° C.
  • the electric heater may have a plurality of pyrotechnic charges in different at least partially closed cavities, so that electrical connection lines can be interrupted at different points of the electric heater.
  • the at least partially closed cavity partially delimiting further wall portion opposite to the at least partially closed cavity partially delimiting wall portion.
  • the term "opposite" may be understood in particular as meaning that the wall section and the further wall section are connected by a direct straight line which runs completely within the at least partially closed cavity. can become.
  • the pyrotechnic charge is arranged on the wall section, it is particularly easy to realize a directed force development by the pyrotechnic charge in the direction of the further wall section in order to be able to separate the electrical connection line particularly easily. This allows, for example, the use of a smaller pyrotechnic charge, which increases the safety of the electric heater.
  • the wall portion and the further wall portion are not just opposite each other, but form mutually perpendicular surfaces, for example.
  • the force released by the pyrotechnic charge during ignition is then deflected within the at least partially closed cavity, for example on a correspondingly curved wall section in order to direct it to the further wall section in a targeted manner.
  • a slightly larger pyrotechnic charge may be required.
  • the deflection allows a freer design of the electric heater.
  • the at least partially closed cavity is at least partially formed in the heat exchanger body.
  • a particularly efficient thermal connection of the wall section to the heat transfer surface can be achieved.
  • the production of the at least partially closed cavity in which the pyrotechnic charge is arranged be designed simply, since a simple indentation on the outer surface of the heat exchanger body in which the pyrotechnic charge is arranged, and which is then closed, already sufficient. It can be provided that the at least partially closed cavity between the heat transfer surface and another heat transfer surface, is entered at the electrically generated heat in the heat exchanger body is located.
  • the further heat transfer surface is a surface of the heat exchanger body, is registered or discharged at the heat in dependence on an existing temperature gradient in the other heat exchanger body.
  • the at least partially closed cavity is formed at least partially outside the heat exchanger body in a cover, which also leads the electrical connection line.
  • a cover which also leads the electrical connection line.
  • the required at least partially closed cavity can be easily realized with the help of the cover, in particular if this is realized in part in the heat exchanger body and partly in the cover.
  • the cover may be cork-shaped and clamped in the recess in the heat exchanger body which forms the other walls of the at least partially closed cavity.
  • the at least partially closed cavity partially delimiting wall portion is at least partially limited by predetermined breaking points.
  • the provision of predetermined breaking points delimiting the further wall section facilitates the controlled severing of the electrical connecting line which adjoins the further wall section.
  • a smaller pyrotechnic charge can be used, since the force required to bulge the further wall section is less.
  • the electrical connection line comprises at least one line break point, which lies in a region of the electrical connection line which adjoins the further wall portion partially delimiting the at least partially closed cavity. In this way, when the further wall section bulges out after the triggering of the pyrotechnic charge, a controlled separation of the electrical connection line can be realized.
  • an anvil is arranged in the at least partially closed cavity between the pyrotechnic charge and the at least partially closed cavity partially delimiting further wall portion.
  • the anvil can be accelerated in the direction of the further wall section by the temperature-induced release of the pyrotechnic charge and the resulting gases and solid particles which flow in the direction of the anvil, whereby the bulging of the further wall section can be supported.
  • the anvil may consist of an electrically insulating material. An electrically insulating anvil, in particular if it at least partially penetrates the further wall section and / or remains in this connection, can lead to a particularly reliable and cutting edge. len separation of the electrical connection line, which takes place in particular without temporary formation of arcs.
  • the pyrotechnic charge is arranged in a firing hatch.
  • a primer is a standard component which is available in standard sizes in a cost-effective manner, so that the manufacturing costs and possibly maintenance costs, if the primer cap has to be exchanged, can be low.
  • the primer cap can be arranged, for example, clamped in the at least partially closed cavity.
  • Figure 1 is a first sectional view of a section of a first electric heater
  • Figure 2 is a second sectional view of a section of a second electric heater
  • Figure 3 is a third sectional view of a section of a third electric heater
  • Figure 4 is a fourth sectional view of a section of a fourth electric heater
  • Figure 5 is a fifth sectional view of a section of a fifth electric heater
  • Figure 6 is a sixth sectional view of a section of a sixth electrical
  • Figure 7 is a schematic representation of a vehicle with an electric heater.
  • like reference characters designate like or similar parts. Unless otherwise stated in the description, columns which can be recognized between two adjoining components in the drawings can be regarded as clarifying the boundaries between the individual components shown. Such columns are therefore only for clarity of presentation.
  • FIG. 1 shows a first sectional view of a section of a first electrical heating device.
  • a section of a heat exchanger body 14 can be seen hatched.
  • a medium 18 can flow along the heat exchanger body 14, so that the local surface of the heat exchanger body 14 is a heat transfer surface 16.
  • an electrical connection line 28 is shown, which is arranged on a further heat transfer surface 30 of the heat exchanger body 14.
  • the further heat transfer surface 30 may be an integral part of the heat exchanger body 14, for example as a plate-like cover.
  • the further heat transfer surface 30 denotes only the surface of the heat exchanger body 14, on which the electrical connection line 28 is arranged.
  • the electrical connection line 28 may in particular also include or lead to one or more heating wires configured as ohmic resistors.
  • the electrical connection line 28 may be formed, for example, as a stamped grid.
  • the electrical connection line 28 is applied to a film carrier, for example by lamination, and this film carrier is connected flat to the heat exchanger body 14, for example by gluing.
  • line break points 36 are marked by arrows at which the electrical connection line 28 is interrupted when a pyrotechnic charge 24 is triggered. Line break points 36 can be realized, for example, as ironing edges or in another manner known to those skilled in the art.
  • the pyrotechnic charge 24 is arranged on a wall section 22 which partially delimits an at least partially closed cavity 20.
  • the wall section 22 adjoins the heat transfer surface 16.
  • the at least partially closed cavity 20 is initially designed as a recess in the heat exchanger body 14, which is initially open to the outside, in order to clamp the pyrotechnic charge 24, which may be configured as a primer, in the outwardly open indentation on the wall portion 22 ,
  • the indentation in the heat exchanger body 14 can then contribute to the outside.
  • the part which then closes off the indentation in the heat exchanger body 14 in the direction of the electrical connection line 28 then forms the further wall section 26. It is also conceivable to introduce a cork-like insert into the indentation in order to close off the indentation and the at least partially closed cavity 20 to build.
  • the electrical connection line 28 can then be arranged on the further heat transfer surface 30, for example provided with line break points 36.
  • the heat exchanger body 14 reaches an operating temperature between 120 ° C and 130 ° C at the heat transfer surface 16.
  • the electric heating device 10 tolerates an elevated temperature of, for example, up to 230 ° C.
  • a corresponding shutdown device which realizes a non-destructive deactivation of the electric heater at this temperature to be tolerated at short notice, is outlined below in connection with FIG.
  • the pyrotechnic charge 24 is designed to react at a nominal ignition temperature of 300 ° C.
  • the charge-dependent small scattering of the ignition temperatures which is customary for such pyrotechnic charges, results in a chemical reaction of the pyrotechnic charge, which starts, for example, between 295.degree. C. and 305.degree.
  • the pyro-technical charge 24 can be designed, for example, as a standardized primer cap.
  • the diameter of the primer may be, for example, 5.33 mm (large riffle) or 4.45 mm (small riffle).
  • the primer used may, for example, contain 20 mg of a pyrotechnic solid which reacts spontaneously upon reaching an ignition temperature of between 295 ° C and 305 ° C with the release of gases and solids (for example 10% gases and 90% solids).
  • Figure 2 shows a second sectional side view of a section of a second electric heater.
  • the construction of the visible section of the electric heating device 10 is largely identical to the electric heating device 10 already known from FIG. However, in the at least partially closed cavity 20 between the pyrotechnic charge 24 and the further wall portion 26 an anvil 38 can be seen. Moreover, the line break point 36 shown in FIG.
  • the line breakage point 36 can also be arranged at the edge in relation to the predetermined breaking point 34 then arranged there.
  • the anvil 38 When the pyrotechnic charge 24 reaches its ignition temperature, the anvil 38 is accelerated by the released gases and solid particles in the direction of the further wall portion 26.
  • the anvil 38 can bulge the further wall section 26 or completely blast off.
  • the predetermined breaking point 34 and the line breaking point 36 can favor a bulging of the further wall section 26.
  • the anvil 38 may for example consist of an electrically insulating material or at least on its side facing the further wall portion 26 include such, for example as a coating, and after the bulging of the other wall portion 26 remain stuck in this, so that an additional mechanical lock on the Passage points, that is, the predetermined breaking point 34 and the line breaking point 36, interrupts the electrical connection line 28 through the anvil 38.
  • the anvil 38 may be an integral part of a primer cap carrying the pyrotechnic charge 24. However, the anvil 38 may also be formed independently of a designed as a primer carrier of the pyrotechnic charge. Anvil 38 and / or primer can also be used in the other illustrated electrical heating devices in addition and / or as a carrier of the pyrotechnic charge 24.
  • FIG. 3 shows a third lateral sectional view of a third electric heating device.
  • a cover 32 is provided, which leads in the manner of an end cap extending in this area electrical connection line 28.
  • the cover 32 may for example be an end cap of a heating coil 48, which is then to be regarded in the usual way as a heat exchanger body, in whose interior ohmic resistors are arranged.
  • the outer surface of the heating coil 48 is to be regarded as a heat transfer surface 16, along which medium to be heated can flow, at least in a region not shown in the figure.
  • an at least partially closed cavity with a pyrotechnic charge 24 can be provided, analogous to the electric heating devices 10 shown in FIGS.
  • FIG. 4 shows a fourth sectional view of a detail of a fourth electric heating device.
  • the electric heating device 10 shown in FIG. 4 is based on the electric heating device 10 shown in FIG. A second heat exchanger body 14 'can be seen below the heat exchanger body 14 whose second heat transfer surface 16' forms a flow channel for the medium 18 with the heat transfer surface 16.
  • the function and arrangement of the further components in and on the second heat exchanger body 14 ' are largely consistent with the components mentioned in FIG. It is a second electrical connection line 28 'is shown, which is arranged on a second further heat transfer surface 30' of the second heat exchanger body 14 '.
  • the second further heat transfer surface 30 ' for example, again as a plate-like cover an integral part of the second heat exchanger body 14' be. It is also possible again that the second further heat transfer surface 30 'denotes only the surface of the second heat exchanger body 14', on which the second electrical connection line 28 'is arranged.
  • the second electrical connection line 28 ' may in particular also comprise or lead to one or more heating wires designed as resistive resistances.
  • the second electrical connection line 28 ' may be formed, for example, again as a stamped grid. It is also possible again for the second electrical connecting line 28 'to be applied to a film carrier, for example by lamination, and this film carrier is connected in a planar manner to the second heat exchanger body 14', for example by gluing. Furthermore, further line break points 36 'are marked by arrows, to which the second electrical connecting line 28' when triggering a second pyroelectric line 28 '. technical charge 24 'is interrupted. The further line break points 36 'can be realized, for example, as ironing edges or in another manner known to those skilled in the art.
  • the second pyrotechnic charge 24 ' is arranged on a second wall section 22', which partially delimits a second at least partially closed cavity 20 '.
  • the second cavity 20 ', which is at least partially closed off, is again initially designed as a recess in the second heat exchanger body 14', which is initially open to the outside, in order to open the second pyrotechnic charge 24 ', which can be designed, for example, as a primer cap. NEN indentation on the second wall portion 22 'to be able to jam.
  • FIG. 5 shows a fifth sectional view of a section of a fifth electric heater.
  • the electric heater 10 shown in Figure 5 also builds on the electric heater 10 shown in Figure 1. However, in the lower region of the figure, a heating layer 50 can be seen, which is arranged on the heat transfer surface 16.
  • the heating layer 50 heats the flowing medium 18 directly and can be connected in a manner not shown via the electrical connection line 28 to the power source, also not shown. It is also possible that above the heat exchanger body 14 also to be heated medium flows to improve the efficiency of the electric heater 10 on. If an undesired and intolerable temperature increase occurs at the heating layer 50, the wall cut 22 due to the heat flow heated and the pyrotechnic charge 24 reacts. As a result, the electrical connection line 28 is severed at the predetermined breaking points 36 and thus the electrical heating layer 50 is permanently disconnected from the power source. Further heating of the electric heater 10 can be permanently and safely excluded in this way, since this is inoperative until it is repaired.
  • FIG. 6 shows a sixth sectional view of a section of a sixth electrical heating device.
  • the heat exchanger body 14 is supplemented by a channel cover 56.
  • the medium 18 to be heated is guided, which may be, for example, liquid or gaseous.
  • the channel cover 56 may, for example, be fixed, in particular materially bonded, to the heat exchanger body 14.
  • a cohesive connection can be made, for example, by welding the channel cover 56 to the heat exchanger body 14.
  • the channel cover can be regarded as an integral part of the heat exchanger body 14.
  • the heating layer 50 is arranged on the heat exchanger body 14.
  • Heat generated by the heating layer 50 may pass directly to the channel cover 56 via a thermal bridge 54 in the form of a heat flow 52.
  • the thermal bridge 54 may be designed, for example, in the manner of a peg and, in particular, realize the shortest possible and direct thermal connection between the heating layer 50 and the channel cover 56.
  • the thermal bridge 54 may be materially connected to the channel cover 56 in order to allow a good heat transfer.
  • the channel cover 56 in continuation of the thermal bridge 54 on a Anformung, which provides a recess for receiving the pyrotechnic charge 24.
  • the recess is part of the at least partially closed cavity 20, and the surface of the recess on which the pyrotechnic charge 24 rests is the heat transfer surface 16 at which the heat flow 52 generated by the heating layer 50 exits.
  • the at least partially closed cavity 20 thus adjoins the heating layer 50.
  • the Anformung is bordered by a molding 58, which may for example consist of plastic.
  • the molded part 58 can act thermally insulating.
  • the molded part 58 may have a hold-down 64, which may be formed in particular web-like, which can fix the pyrotechnic charge 24 in the recess.
  • the molding 58 is fixed to the channel cover 56 by means of fasteners 62.
  • the fastening means 62 may be formed, for example, as screws.
  • the fastening means 62 can engage in openings 60 provided thereon for the channel cover 56 in order to ensure the fixation of the molded part 58.
  • the fastening means 62 continue to serve the fixation of the electrical Connecting line 28.
  • the electrical connection line 28 may be formed, for example, as a printed circuit board, run on the electrical lines that serve, among other things, the power supply of the heating layer 50. Other electronic components of the electric heater 28 may also be provided, in particular if the electrical connection line 28 is designed as a printed circuit board.
  • the electrical connection line 28 again defines the further wall section which limits the cavity 20 at least partially. The force resulting from the release of the pyrotechnic charge 24 is bundled by the arrangement of the pyrotechnic charge 24 on the opposite side of the at least partially closed cavity 20 in the direction of the other wall section, so that it is mechanically arched or destroyed again so far that the in this Area extending electrical connection line 28 of the heating layer 50 is destroyed.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a vehicle.
  • the vehicle shown schematically in Figure 7 comprises, in addition to an electric heater 10, a power source 40 for supplying the electric heater 10 and a control unit 42, for controlling the electric heater 10.
  • the control unit 42 in particular via one or more IGBTs 44, the heating power of electrical heating device 10 regulate.
  • a temperature sensor 46 is provided in the electric heating device 10, so that the control device 42 detects an undesired temperature increase beyond the normal operating temperature of 120 ° C. to 130 ° C. and the electric heating device 10 detects, for example, a detected excess temperature of 230 ° C. can deactivate without further damage to the electric heater 10 takes place.
  • IGBTs 44 have the characteristic that they become conductive in the event of a defect-related failure.
  • the control unit 42 can not regulate the heating power of the electric heating device 10, so that, in particular, switching off of the electric heating device 10 upon reaching the excess temperature of 230 ° C. at the temperature sensor 46 is not possible.
  • the pyrotechnic charge 24 reacts upon reaching its ignition temperature of, for example, about 300 ° C, so that the electrical connection line 28 is controlled separated.
  • the electric heater 10 is thus permanently disconnected from the power source 40 until repair or replacement of the electric heater 10 is performed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem Wärmetauscherkörper, der eine Wärmeübergangsfläche hat, und einem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum, wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum einen den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden Wandabschnitt aufweist, der an die Wärmeübergangsfläche angrenzt, wobei in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum eine pyrotechnische Ladung angeordnet ist, und wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum einen den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt aufweist, an den eine elektrische Anschlussleitung der elektrischen Heizeinrichtung angrenzt.

Description

Elektrische Heizeinrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug.
Moderne Kraftfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, welche keinen kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor umfassen und elektrisch angetrieben werden, umfassen häufig elektrische Heizeinrichtungen, um die für eine Fahrzeuginnenraumklimatisierung erforderliche Wärme bereitstellen zu können. Derartige elektrische Heizeinrichtungen weisen eine hohe Heizleistung auf, so dass entsprechende Vorsichtsmaßnahmen für einen sicheren Betrieb und für mögliche Defektfälle der elektrischen Heizeinrichtungen getroffen werden müssen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizeinrichtung bereitzustellen, welche bei Defektfällen zuverlässig deaktiviert wird.
Diese Aufgabe wird mit einer elektrischen Heizeinrichtung mit den Markmalen des unab- hängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der elektrischen Heizeinrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Beschrieben wird eine elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug. Die elektrische Heizeinrichtung umfasst einen Wärmetauscherkörper, der eine Wärmeüber- gangsfläche hat. An der Wärmeübergangsfläche kann ein zu erwärmendes Medium anstehen und/oder Wärme von einer elektrischen Heizvorrichtung, beispielsweise einer Heizschicht, eingetragen werden. Es kann ein indirekter Kontakt mit der Heizschicht ausreichen, beispielsweise über gut wärmeleitende Kupferlitzen, die die elektrische Kontaktie- rung der Heizschicht bilden. Die Wärmeübergangsfläche ist eine Fläche des Wärmetau- scherkörpers, an der Wärme in Abhängigkeit von einem vorhandenen Temperaturgradienten in den Wärmetauscherkörper eingetragen oder ausgetragen wird. Die elektrische Hei- zeinrichtung umfasst weiterhin einen zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum, wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum einen den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden Wandabschnitt aufweist, der an die Wärmeübergangsfläche angrenzt. Der Ausdruck "angrenzt" kann hier so verstanden wer- den, dass der den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzende Wandabschnitt auf seiner dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum abgewandten Seite einen Teil der Wärmeübergangsfläche bildet, an dem das zu erwärmende Medium ansteht und/oder erzeugte Wärme eingetragen wird. In dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum ist eine pyrotechnische Ladung angeordnet. Weiterhin ist vor- gesehen, dass der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum einen den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt aufweist, an den eine elektrische Anschlussleitung der elektrischen Heizeinrichtung angrenzt. Der Ausdruck "angrenzt" kann hier dahingehend verstanden werden, dass auf der dem Hohlraum abgewandten Seite des weiteren Wandabschnitts die elektrische An- Schlussleitung verläuft oder alternativ, dass der weitere Wandabschnitt von der elektrischen Anschlussleitung selbst ausgebildet wird. Ein zumindest teilweise abgeschlossener Hohlraum ist ein Hohlraum welcher an einigen Stellen noch Öffnungen in ihn begrenzenden Wandabschnitten aufweisen kann, beispielsweise in Form von Spalten an oder zwischen Rändern einzelner Wandabschnitte.
Die pyrotechnische Ladung kann insbesondere ein temperaturempfindliches Material sein, welches bei Erreichen einer Zündtemperatur spontan chemisch reagiert, wobei Gas und Feststoffpartikel freigesetzt werden. Bei der ablaufenden chemischen Reaktion können als Reaktionsprodukte beispielsweise 10 % Gase und 90 % Feststoffpartikel freigesetzt wer- den. Die Gase und Feststoffpartikel freisetzende chemische Reaktion kann insbesondere zu einem starken Druckanstieg innerhalb des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums führen, welcher zu einem Platzen des Hohlraums führt, wobei die elektrische Anschlussleitung durch ein Aufwölben des weiteren Wandabschnitts während des Platzens des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums unterbrochen wird. Der Druckan- stieg wird durch die bei der chemischen Reaktion freigesetzte thermische Energie, die das in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum vorhandene Gas erhitzt, und die bei der chemischen Reaktion freigesetzten Reaktionsprodukte, insbesondere das freigesetzte Gas, erreicht. Durch das Unterbrechen der elektrischen Anschlussleitung kann die elektrische Heizeinrichtung zuverlässig bei Überschreiten einer durch die pyrotechnische Ladung definierten Temperaturschwelle, der Zündtemperatur des temperaturempfindlichen Materials, von einer Stromversorgung abgekoppelt und damit außer Betrieb genom- men werden. Die elektrische Anschlussleitung kann eine elektrische Zuleitung zu einer oder mehreren Heizleitungen sein, die parallel oder seriell verschaltet sein können. Die Heizleitungen können als konventionelle ohmsche Widerstände ausgebildet sein. Insbesondere können für die Heizleitungen Materialien verwendet werden, die keine Eigen- schatten haben, welche einem unerwünschten Temperauranstieg entgegenwirken. Die elektrische Anschlussleitung kann auch selbst bereits Teil der Heizleitung sein. Die elektrische Anschlussleitung kann mehrere einzelne Leitungspfade umfassen, die im Bereich des weiteren Wandabschnitts getrennt voneinander verlaufen können. Die Temperaturschwelle, bei der das temperaturempfindliche Material reagiert, stellt die Zündtemperatur der pyrotechnischen Ladung dar. Die Zündtemperatur der pyrotechnischen Ladung kann durch geeignete Wahl der Materialien in weiten Temperaturbereichen variiert werden, das heißt eingestellt werden. Die Zündtemperatur der pyrotechnischen Ladung kann beispielsweise zwischen 295 °C und 305 °C liegen, was einer mittleren Zündtemperatur von 300 °C entspricht. Möglich ist beispielsweise auch eine Zündtemperatur von etwa 260 °C. Selbstverständlich kann die elektrische Heizeinrichtung mehrere pyrotechnische Ladungen in verschiedenen zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlräumen aufweisen, so dass elektrische Anschlussleitungen an unterschiedlichen Stellen der elektrischen Heizeinrichtung unterbrochen werden können. Denkbar ist beispielsweise daher auch, dass nur in den Bereichen der elektrischen Heizeinrichtung eine Unterbrechung der elektri- sehen Anschlussleitung erfolgt, in denen tatsächlich ein unerwünscht hoher Temperaturanstieg erfolgt. Möglich ist auch, dass nur eine teileweise Trennung der elektrischen Heizeinrichtung von der Stromquelle vorgesehen ist, um einen leistungsreduzierten Notbetrieb der elektrischen Heizeinrichtung zu ermöglichen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die pyrotechnische Ladung an dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden Wandabschnitt angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein unerwünschter Temperaturanstieg aufgrund einer Fehlfunktion der elektrischen Heizeinrichtung frühzeitig erkannt werden und die elektrische Heizeinrichtung von der Stromversorgung durch die pyrotechnische Ladung getrennt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzende weitere Wandabschnitt dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden Wandabschnitt gegenüberliegt. Der Ausdruck "gegenüberliegt" kann dabei insbesondere so verstanden werden, dass der Wandabschnitt und der weitere Wandabschnitt durch eine direkte gerade Linie, die vollständig innerhalb des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums verläuft, verbun- den werden können. Auf diese Weise kann, insbesondere wenn die pyrotechnische Ladung an dem Wandabschnitt angeordnet ist, besonders leicht eine gerichtete Kraftentfaltung durch die pyrotechnische Ladung in Richtung auf den weiteren Wandabschnitt hin realisiert werden, um die elektrische Anschlussleitung besonders leicht trennen zu kön- nen. Dies erlaubt beispielsweise die Verwendung einer kleineren pyrotechnischen Ladung, wodurch die Sicherheit der elektrischen Heizeinrichtung erhöht wird. Alternativ ist auch denkbar, dass der Wandabschnitt und der weitere Wandabschnitt gerade nicht einander gegenüber liegen, sondern beispielsweise zueinander senkrechte Flächen bilden. Die von der pyrotechnischen Ladung beim Zünden freigesetzte Kraft wird dann innerhalb des zu- mindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums umgelenkt, beispielsweise an einem entsprechend gekrümmten Wandabschnitt, um sie zielgerichtet auf den weiteren Wandabschnitt zu lenken. Insbesondere aufgrund der erforderlichen Umlenkung kann eine etwas größere pyrotechnische Ladung erforderlich sein. Allerdings erlaubt die Umlenkung eine freiere Ausgestaltung der elektrischen Heizeinrichtung.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum zumindest teilweise in dem Wärmetauscherkörper ausgebildet ist. Auf diese Weise kann eine besonders effiziente thermische Anbindung des Wandabschnitts an die Wärmeübergangsfläche erreicht werden. Weiterhin kann auf diese Weise die Fertigung des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums, in dem die pyrotechnische Ladung angeordnet wird, einfach ausgestaltet sein, da eine einfache Einbuchtung auf der äußeren Oberfläche des Wärmetauscherkörpers, in welchem die pyrotechnische Ladung angeordnet wird, und welcher anschließend verschlossen wird, bereits ausreichend sein kann. Es kann vorgesehen sein, dass der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum zwischen der Wärmeübergangsfläche und einer weiteren Wärmeübergangsfläche, an der elektrisch erzeugte Wärme in den Wärmetauschwerkörper eingetragen wird, liegt. Diese Anordnung erlaubt eine besonders kompakte Ausgestaltung der elektrischen Heizeinrichtung, bei der die elektrische Anschlussleitung im Bereich der weiteren Wärmeübergangs- fläche angeordnet sein kann. Die weitere Wärmeübergangsfläche ist eine Fläche des Wärmetauscherkörpers, an der Wärme in Abhängigkeit von einem vorhandenen Temperaturgradienten in den weiteren Wärmetauscherkörper eingetragen oder ausgetragen wird.
Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum zumindest teilweise außerhalb des Wärmetauscherkörpers in einer Abdeckung ausgebildet ist, die auch die elektrische Anschlussleitung führt. Auf diese Weise kann durch das Austauschen der Abdeckung und das Anbringen einer neuen pyrotechnischen Ladung gegebenenfalls die elektrische Heizeinrichtung nach dem Trennen von der Stromversorgung durch das Auslösen der pyrotechnischen Ladung wieder instand gesetzt werden. Es muss also nicht die gesamte elektrische Heizeinrichtung nach einem Defekt aus- getauscht werden. Weiterhin kann mit Hilfe der Abdeckung leicht der geforderte zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum insbesondere dann realisiert werden, wenn dieser zum Teil in dem Wärmetauscherkörper und zum Teil in der Abdeckung realisiert ist. Die Abdeckung kann korkenartig ausgebildet sein und in der Vertiefung in dem Wärmetauscherkörper, die die anderen Wände des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohl- raums ausbildet, verklemmt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass der den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzende Wandabschnitt zumindest teilweise von Sollbruchstellen begrenzt ist. Das Vorsehen von den weiteren Wandabschnitt begrenzenden Sollbruchstellen er- leichtert das kontrollierte Durchtrennen der elektrischen Anschlussleitung, die an den weiteren Wandabschnitt angrenzt. Weiterhin kann eine kleinere pyrotechnische Ladung verwendet werden, da die zum Aufwölben des weiteren Wandabschnitts erforderliche Kraft geringer ist. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die elektrische Anschlussleitung zumindest eine Leitungssollbruchstelle umfasst, die in einem Bereich der elektrischen Anschlussleitung liegt, der an den den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt angrenzt. Auf diese Weise kann beim Aufwölben des weiteren Wandabschnitts nach dem Auslösen der pyrotechnischen Ladung eine kontrol- lierte Trennung der elektrischen Anschlussleitung realisiert sein.
Es kann vorgesehen sein, dass in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum zwischen der pyrotechnischen Ladung und dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt ein Amboss angeordnet ist. Der Amboss kann durch das temperaturbedingte Auslösen der pyrotechnischen Ladung und die dabei entstehenden Gase und Feststoffpartikel, die in Richtung auf den Amboss strömen, in Richtung auf den weiteren Wandabschnitt beschleunigt werden, wodurch das Aufwölben des weiteren Wandabschnitts unterstützt werden kann. Der Amboss kann aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen. Ein elektrisch isolierender Amboss kann, insbesondere wenn er den weiteren Wandabschnitt zumindest teilweise durchschlägt und/oder in diesem Stecken bleibt, zu einer besonders zuverlässigen und schnei- len Trennung der elektrischen Anschlussleitung beitragen, die insbesondere ohne zeitweiliges Ausbilden von Lichtbögen erfolgt.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die pyrotechnische Ladung in einem Anzundhutchen angeordnet ist. Ein Anzündhütchen ist ein Standartbauteil, welches kostengünstig in genormten Größen verfügbar ist, so dass die Fertigungskosten und gegebenenfalls Instandhaltungskosten, falls das Anzündhütchen getauscht werden muss, gering ausfallen können. Das Anzündhütchen kann beispielsweise in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum verklemmt angeordnet sein.
Die Erfindung wird nun anhand der begleitenden Zeichnungen auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erste Schnittansicht eines Ausschnitts einer ersten elektrischen Heizeinrichtung;
Figur 2 eine zweite Schnittansicht eines Ausschnitts einer zweiten elektrischen Heizeinrichtung;
Figur 3 eine dritte Schnittansicht eines Ausschnitts einer dritten elektrischen Heizeinrichtung;
Figur 4 eine vierte Schnittansicht eines Ausschnitts einer vierten elektrischen Heizeinrichtung;
Figur 5 eine fünfte Schnittansicht eines Ausschnitts einer fünften elektrischen Heizeinrichtung;
Figur 6 eine sechste Schnittansicht eines Ausschnitts einer sechsten elektrischen
Heizeinrichtung; und
Figur 7 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Heizeinrichtung. Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Teile. In den Zeichnungen erkennbare Spalten zwischen zwei aneinander angrenzenden Komponenten können, sofern nichts Gegenteiliges in der Beschreibung erklärt wird, als die Grenzen zwischen den einzelnen dargestellten Komponen- ten verdeutlichend angesehen werden. Derartige Spalten dienen also nur der Übersichtlichkeit der Darstellung.
Figur 1 zeigt eine erste Schnittdarstellung eines Ausschnitts einer ersten elektrischen Heizeinrichtung. In dem dargestellten Ausschnitt der elektrischen Heizeinrichtung 10 ist schraffiert ein Ausschnitt eines Wärmetauscherkörpers 14 erkennbar. In der Figur 1 im unteren Bereich unterhalb des Wärmetauscherkörpers 14 kann ein Medium 18 an dem Wärmetauscherkörper 14 entlangströmen, so dass die dortige Oberfläche des Wärmetauscherkörpers 14 eine Wärmeübergangsfläche 16 darstellt. In der Figur 1 im oberen Bereich ist eine elektrische Anschlussleitung 28 dargestellt, welche auf einer weiteren Wär- meübergangsfläche 30 des Wärmetauscherkörpers 14 angeordnet ist. Die weitere Wärmeübergangsfläche 30 kann beispielsweise als plattenartige Abdeckung ein integraler Bestandteil des Wärmetauscherkörpers 14 sein. Möglich ist auch, dass die weitere Wärmeübergangsfläche 30 lediglich die Oberfläche des Wärmetauscherkörpers 14 bezeichnet, auf der die elektrische Anschlussleitung 28 angeordnet wird. Die elektrische An- Schlussleitung 28 kann beispielsweise insbesondere auch einen oder mehrere als ohm- sche Widerstände ausgebildete Heizdrähte umfassen beziehungsweise zu diesen Führen. Die elektrische Anschlussleitung 28 kann beispielsweise als Stanzgitter ausgebildet sein. Möglich ist auch, dass die elektrische Anschlussleitung 28 auf einen Folienträger aufgebracht ist, beispielsweise durch Laminierung, und dieser Folienträger flächig mit dem Wärmetauscherkörper 14 verbunden wird, beispielsweise durch Verkleben. Weiterhin sind Leitungssollbruchstellen 36 durch Pfeile markiert, an welchen die elektrische Anschlussleitung 28 beim Auslösen einer pyrotechnischen Ladung 24 unterbrochen wird. Leitungssollbruchstellen 36 können beispielsweise als Bügelkanten oder in einer anderen dem Fachmann bekannten Weise realisiert werden. Die pyrotechnische Ladung 24 ist an einem Wandabschnitt 22 angeordnet, welcher einen zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20 teilweise begrenzt. Der Wandabschnitt 22 grenzt an die Wärmeübergangsfläche 16 an. Der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum 20 ist zunächst als Einbuchtung in dem Wärmetauscherkörper 14 ausgeführt, welche zunächst nach außen offen ist, um die pyrotechnische Ladung 24, welche beispielsweise als Anzündhütchen ausgeführt sein kann, in der nach außen offenen Einbuchtung an dem Wandabschnitt 22 verklemmen zu können. Die Einbuchtung in dem Wärmetauscherkörper 14 kann dann nach außen bei- spielsweise durch eine plattenartige fest mit dem Wärmetauscherkörper 14 zu verbindende weitere Wärmeübergangsfläche 30 verschlossen werden, um den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20 zu bilden. Der Teil, der die Einbuchtung in dem Wärmetauscherkörper 14 dann in Richtung auf die elektrische Anschlussleitung 28 abschließt, bildet dann den weiteren Wandabschnitt 26. Denkbar ist auch, einen korkenartigen Einsatz in die Einbuchtung einzubringen, um die Einbuchtung abzuschließen und den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20 zu bilden. Die elektrische Anschlussleitung 28 kann dann, beispielsweise mit Leitungssollbruchstellen 36 versehen, auf der weiteren Wärmeübergangsfläche 30 angeordnet sein.
Normalerweise erreicht der Wärmetauscherkörper 14 an der Wärmeübergangsfläche 16 eine Betriebstemperatur zwischen 120 °C und 130 °C. Kurzfristig kann vorgesehen sein, dass die elektrische Heizeinrichtung 10 eine erhöhte Temperatur von beispielsweise bis zu 230 °C toleriert. Eine entsprechende Abschalteinrichtung, welche ein zerstörungsfreies Deaktivieren der elektrischen Heizeinrichtung bei dieser kurzfristig zu tolerierenden Temperatur realisiert, ist im Folgenden im Zusammenhang mit Figur 7 skizziert. Die pyrotechnische Ladung 24 ist derart ausgelegt, dass sie bei einer nominalen Zündtemperatur von 300 °C reagiert. Die bei derartigen pyrotechnischen Ladungen üblichen chargenabhängigen geringen Streuungen der Zündtemperaturen ergeben eine chemische Reaktion der pyrotechnischen Ladung, welche beispielsweise zwischen 295 °C und 305 °C startet. Sobald die pyrotechnische Ladung 24 zündet, wird eine große Menge an Gasen und Partikeln innerhalb des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums 20 freigesetzt, und aufgrund der Anordnung der pyrotechnischen Ladung 24 an dem Wandabschnitt 22 im Wesentlichen in Richtung des weiteren Wandabschnittes 26 gebündelt, so dass dieser dort aufgewölbt wird, beziehungsweise der weitere Wandabschnitt 26 vollständig abgesprengt wird. Dabei wird die elektrische Anschlussleitung 28, insbesondere an den Leitungssollbruchstellen 36 durchtrennt, so dass die elektrische Heizeinrichtung 10 von einer Stromversorgung abgekoppelt wird. Auf diese Weise kann ein weiteres Ansteigen der Temperatur innerhalb der elektrischen Heizeinrichtung 10 verhindert werden. Die pyro- technische Ladung 24 kann beispielsweise als standardisiertes Anzündhütchen ausgeführt sein. Der Durchmesser des Anzündhütchens kann beispielsweise 5,33 mm (large riffle) oder 4,45 mm (small riffle) betragen. Das verwendete Anzündhütchen kann beispielsweise 20 mg einer pyrotechnischen Feststoffmasse beinhalten, welche spontan bei Erreichen einer Zündtemperatur zwischen 295 °C und 305 °C unter Freisetzung von Gasen und Feststoffen (beispielsweise 10 % Gase und 90 % Feststoffe) reagiert. Figur 2 zeigt eine zweite seitliche Schnittansicht eines Ausschnitts einer zweiten elektrischen Heizeinrichtung. Der Aufbau des sichtbaren Ausschnitts der elektrischen Heizeinrichtung 10 ist weitgehend zu der aus Figur 1 bereits bekannten elektrischen Heizeinrichtung 10 identisch. Allerdings ist in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20 zwischen der pyrotechnischen Ladung 24 und dem weiteren Wandabschnitt 26 ein Amboss 38 erkennbar. Darüber hinaus ist die in Figur 2 dargestellte Leitungssollbruchstelle 36 gegenüber einer Sollbruchstelle 34 in dem weiteren Wandabschnitt 26 an dem weiteren Wandabschnitt 26 angeordnet. Alternativ zu der in Figur 2 dargestellten Anordnung der Sollbruchstelle 34 kann diese insbesondere am Rand des weiteren Wandabschnitts 26 angeordnet sein, und diesen zumindest teilweise begrenzen. Ebenso kann auch die Lei- tungssollbruchstellte 36 analog am Rand gegenüber der dann dort angeordneten Sollbruchstelle 34 angeordnet sein.
Wenn die pyrotechnische Ladung 24 ihre Zündtemperatur erreicht, wird der Amboss 38 durch die freigesetzten Gase und Feststoffpartikel in Richtung auf den weiteren Wandabschnitt 26 beschleunigt. Der Amboss 38 kann den weiteren Wandabschnitt 26 aufwölben beziehungsweise vollständig absprengen. Dabei können insbesondere die Sollbruchstelle 34 und die Leitungssollbruchstelle 36 ein Aufwölben des weiteren Wandabschnitts 26 begünstigen. Der Amboss 38 kann beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen oder zumindest an seiner dem weiteren Wandabschnitt 26 zugewandten Seite ein solches umfassen, beispielsweise als Beschichtung, und nach dem Aufwölben des weiteren Wandabschnitts 26 in diesem stecken bleiben, so dass eine zusätzliche mechanische Sperre an den Durchtrittsstellen, das heißt der Sollbruchstelle 34 und der Leitungs- sollbruchstellte 36, durch den Amboss 38 die elektrische Anschlussleitung 28 unterbricht. Der Amboss 38 kann ein integraler Bestandteil eines Anzündhütchens sein, das die pyrotechnische Ladung 24 trägt. Der Amboss 38 kann allerdings auch unabhängig von einem als Anzündhütchen ausgebildeten Träger der pyrotechnischen Ladung ausgebildet sein. Amboss 38 und/oder Anzündhütchen können auch bei den weiteren dargestellten elektrischen Heizeinrichtungen zusätzlich und/oder als Träger der pyrotechnischen Ladung 24 verwendet werden.
Figur 3 zeigt eine dritte seitliche Schnittansicht einer dritten elektrischen Heizeinrichtung. Bei der in Figur 3 dargestellten Heizeinrichtung 10 ist eine Abdeckung 32 vorgesehen, welche nach Art einer Endkappe eine in diesem Bereich verlaufende elektrische An- Schlussleitung 28 führt. Die Abdeckung 32 kann beispielsweise eine Endkappe einer Heizspirale 48 sein, welche dann in üblicher Weise als Wärmetauscherkörper anzusehen ist, in dessen Inneren ohmsche Widerstände angeordnet sind. Die äußere Oberfläche der Heizspirale 48 ist als Wärmeübergangsfläche 16 anzusehen, an der zumindest in einem in der Figur nicht dargestellten Bereich zu erwärmendes Medium entlang strömen kann. Zwischen der elektrischen Anschlussleitung 28 und der Heizspirale 48 kann, analog zu den in den Figuren 1 und 2 dargestellten elektrischen Heizeinrichtungen 10, ein zumindest teilweise abgeschlossener Hohlraum mit einer pyrotechnischen Ladung 24 vorgesehen sein. Bei Erreichen der Zündtemperatur der pyrotechnischen Ladung 24 wird auch bei der in Figur 3 dargestellten elektrischen Heizeinrichtung 10 die elektrische Anschlussleitung 28 im Bereich der Abdeckung 32 durchtrennt. Durch das Anbringen einer neuen Abdeckung 32, welche insbesondere auch eine intakte elektrische Anschlussleitung 28 sowie eine neue pyrotechnische Ladung 24 umfassen kann, kann die in Figur 3 dargestellte elektrische Heizeinrichtung 10 besonders leicht nach Auslösen der pyrotechnischen Ladung 24 instand gesetzt werden. Figur 4 zeigt eine vierte Schnittansicht eines Ausschnitts einer vierten elektrischen Heizeinrichtung. Die in Figur 4 dargestellte elektrische Heizeinrichtung 10 baut auf der in Figur 1 dargestellten elektrischen Heizeinrichtung 10 auf. Es ist ein zweiter Wärmetauscherkörper 14' unterhalb des Wärmetauscherkörpers 14 erkennbar, dessen zweite Wärmeübergangsfläche 16' mit der Wärmeübergangsfläche 16 einen Strömungskanal für das Medium 18 bilden. Die Funktion und Anordnung der weiteren Komponenten in und an dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' stimmen mit den in Figur 1 genannten Komponenten weitgehend überein. Es ist eine zweite elektrische Anschlussleitung 28' dargestellt, welche auf einer zweiten weiteren Wärmeübergangsfläche 30' des zweiten Wärmetauscherkörpers 14' angeordnet ist. Die zweite weitere Wärmeübergangsfläche 30' kann beispielsweise wieder als plattenartige Abdeckung ein integraler Bestandteil des zweiten Wärmetauscherkörpers 14' sein. Möglich ist auch wieder, dass die zweite weitere Wärmeübergangsfläche 30' nur die Oberfläche des zweiten Wärmetauscherkörpers 14' bezeichnet, auf der die zweite elektrische Anschlussleitung 28' angeordnet wird. Die zweite elektrische Anschlussleitung 28' kann wieder insbesondere auch einen oder mehrere als ohmsche Wi- derstände ausgebildete Heizdrähte umfassen beziehungsweise zu diesen Führen. Die zweite elektrische Anschlussleitung 28' kann beispielsweise wieder als Stanzgitter ausgebildet sein. Möglich ist auch wieder, dass die zweite elektrische Anschlussleitung 28' auf einen Folienträger aufgebracht ist, beispielsweise durch Laminierung, und dieser Folienträger flächig mit dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' verbunden wird, beispielsweise durch Verkleben. Weiterhin sind weitere Leitungssollbruchstellen 36' durch Pfeile markiert, an welchen die zweite elektrische Anschlussleitung 28' beim Auslösen einer zweiten pyro- technischen Ladung 24' unterbrochen wird. Die weiteren Leitungssollbruchstellen 36' können beispielsweise als Bügelkanten oder in einer anderen dem Fachmann bekannten Weise realisiert werden. Die zweite pyrotechnische Ladung 24' ist an einem zweiten Wandabschnitt 22' angeordnet, welcher einen zweiten zumindest teilweise abgeschlosse- nen Hohlraum 20' teilweise begrenzt. Der zweite Wandabschnitt 22' grenzt an die zweite Wärmeübergangsfläche 16' an. Der zweite zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum 20' ist wieder zunächst als Einbuchtung in dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' ausgeführt, welche zunächst nach außen offen ist, um die zweite pyrotechnische Ladung 24', welche beispielsweise als Anzündhütchen ausgeführt sein kann, in der nach außen offe- nen Einbuchtung an dem zweiten Wandabschnitt 22' verklemmen zu können. Die Einbuchtung in dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' kann dann nach außen beispielsweise durch eine plattenartige fest mit dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' zu verbindende zweite weitere Wärmeübergangsfläche 30' verschlossen werden, um den zweiten zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20' zu bilden. Der Teil, der die Einbuchtung in dem zweiten Wärmetauscherkörper 14' dann in Richtung auf die zweite elektrische Anschlussleitung 28' abschließt, bildet dann den zweiten weiteren Wandabschnitt 26'. Denkbar ist auch, einen korkenartigen Einsatz in die Einbuchtung einzubringen, um die Einbuchtung abzuschließen und den zweiten zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum 20' zu bilden. Die zweite elektrische Anschlussleitung 28' kann dann, beispielsweise mit den weiteren Leitungssollbruchstellen 36' versehen, auf der zweiten weiteren Wärmeübergangsfläche 30' angeordnet sein. Das Auslösen der pyrotechnischen Ladung 24 und der zweiten pyrotechnischen Ladung 24' erfolgt unabhängig voneinander ausschließlich temperaturabhängig. Auf diese Weise kann beispielsweise eine teilweise Trennung der elektrischen Heizeinrichtung 10 von der Energiequelle erfolgen, wenn nur eine der beiden pyrotechnischen Ladungen 24, 24' auslöst.
Figur 5 zeigt eine fünfte Schnittansicht eines Ausschnitts einer fünften elektrischen Heizeinrichtung. Die in Figur 5 dargestellte elektrische Heizeinrichtung 10 baut ebenfalls auf der in Figur 1 dargestellten elektrischen Heizeinrichtung 10 auf. Allerdings ist im unteren Bereich der Figur eine Heizschicht 50 erkennbar, die an der Wärmeübergangsfläche 16 angeordnet ist. Die Heizschicht 50 erwärmt das vorbeiströmende Medium 18 direkt und kann in nicht dargestellter Weise über die elektrische Anschlussleitung 28 mit der ebenfalls nicht dargestellten Stromquelle verbunden sein. Möglich ist auch, dass oberhalb des Wärmetauscherkörpers 14 ebenfalls zu erwärmendes Medium strömt, um den Wirkungs- grad der elektrischen Heizeinrichtung 10 weiter zu verbessern. Tritt an der Heizschicht 50 eine unerwünschte und nicht tolerierbare Temperaturerhöhung ein, so wird der Wandab- schnitt 22 aufgrund des Wärmestroms erhitzt und die pyrotechnische Ladung 24 reagiert. Dadurch wird die elektrische Anschlussleitung 28 an den Sollbruchstellen 36 durchtrennt und somit die elektrische Heizschicht 50 dauerhaft von der Stromquelle getrennt. Eine weitere Erwärmung der elektrischen Heizeinrichtung 10 kann auf diese Weise dauerhaft und sicher ausgeschlossen werden, da diese bis zu ihrer Instandsetzung funktionslos ist.
Figur 6 zeigt eine sechste Schnittansicht eines Ausschnitts einer sechsten elektrischen Heizeinrichtung. Bei der in Figur 6 dargestellten elektrischen Heizeinrichtung ist der Wärmetauscherkörper 14 um eine Kanalabdeckung 56 ergänzt. Zwischen dem Wärmetau- scherkörper 14 und der Kanalabdeckung 56 wird das zu erwärmende Medium 18 geführt, das beispielsweise flüssig oder gasförmig sein kann. Die Kanalabdeckung 56 kann beispielsweise fest, insbesondere stoffschlüssig, mit dem Wärmetauscherkörper 14 verbunden sein. Eine stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch das Verschweißen der Kanalabdeckung 56 mit dem Wärmetauscherkörper 14 hergestellt werden. Die Ka- nalabdeckung kann insofern als integraler Bestandteil des Wärmetauscherkörpers 14 angesehen werden. An dem Wärmetauscherkörper 14 ist die Heizschicht 50 angeordnet. Von der Heizschicht 50 erzeugte Wärme kann in Form eines Wärmestroms 52 über eine Wärmebrücke 54 direkt zu der Kanalabdeckung 56 gelangen. Die Wärmebrücke 54 kann beispielsweise zapfenartig ausgebildet sein und insbesondere eine möglichst kurze und direkte thermische Verbindung zwischen der Heizschicht 50 und der Kanalabdeckung 56 realisieren. Die Wärmebrücke 54 kann stoffschlüssig mit der Kanalabdeckung 56 verbunden sein, um einen guten Wärmeübergang zu erlauben. Die Kanalabdeckung 56 weist in Fortsetzung der Wärmebrücke 54 eine Anformung auf, die eine Ausnehmung zur Aufnahme der pyrotechnischen Ladung 24 bereitstellt. Die Ausnehmung ist Teil des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums 20 und die Fläche der Ausnehmung, auf der die pyrotechnische Ladung 24 aufliegt, ist die Wärmeübergangsfläche 16 an der der von der Heizschicht 50 erzeugte Wärmestrom 52 austritt. Der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum 20 grenzt somit an die Heizschicht 50 an. Die Anformung wird von einem Formteil 58, das beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann, eingefasst. Das Formteil 58 kann thermisch isolierend wirken. Das Formteil 58 kann einen Niederhalter 64, der insbesondere stegartig ausgebildet sein kann, aufweisen, der die pyrotechnische Ladung 24 in der Ausnehmung fixieren kann. Das Formteil 58 ist mit Hilfe von Befestigungsmitteln 62 an der Kanalabdeckung 56 fixiert. Die Befestigungsmittel 62 können beispielsweise als Schrauben ausgebildet sein. Die Befestigungsmittel 62 können in dafür vorgesehene Fas- sungen 60 an der Kanalabdeckung 56 eingreifen, um die Fixierung des Formteils 58 zu gewährleisten. Die Befestigungsmittel 62 dienen weiterhin der Fixierung der elektrischen Anschlussleitung 28. Die elektrische Anschlussleitung 28 kann beispielsweise als Leiterplatte ausgebildet sein, auf der elektrische Leitungen verlaufen, die unter anderem der Stromversorgung der Heizschicht 50 dienen. Weitere elektronische Komponenten der elektrischen Heizeinrichtung 28 können ebenfalls vorgesehen sein, insbesondere wenn die elektrische Anschlussleitung 28 als Leiterplatte ausgebildet ist. Die elektrische Anschlussleitung 28 definiert wieder den weiteren Wandabschnitt, der den Hohlraum 20 zumindest teilweise begrenzt. Die beim Auslösen der pyrotechnischen Ladung 24 entstehende Kraft wird durch die Anordnung der pyrotechnischen Ladung 24 auf der gegenüberliegenden Seite des zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraums 20 in Richtung auf den weiteren Wandabschnitt gebündelt, so dass dieser wieder mechanisch soweit aufgewölbt oder zerstört wird, dass die in diesem Bereich verlaufende elektrische Anschlussleitung 28 der Heizschicht 50 zerstört wird.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs. Das in Figur 7 schematisch dargestellte Fahrzeug umfasst, neben einer elektrischen Heizeinrichtung 10, eine Stromquelle 40 zur Versorgung der elektrischen Heizeinrichtung 10 sowie ein Steuergerät 42, zum Steuern der elektrischen Heizeinrichtung 10. Das Steuergerät 42 kann insbesondere über einen oder mehrere IGBTs 44 die Heizleistung der elektrischen Heizeinrichtung 10 regeln. Weiterhin ist in der elektrischen Heizeinrichtung 10 ein Temperatursensor 46 vor- gesehen, so dass das Steuergerät 42 eine unerwünschte Temperaturerhöhung über die normale Betriebstemperatur von 120 °C bis 130 °C hinaus detektieren und die elektrische Heizeinrichtung 10 beispielsweise bei einer erfassten Übertemperatur von 230 °C deaktivieren kann, ohne dass eine weitere Beschädigung der elektrischen Heizeinrichtung 10 erfolgt. IGBTs 44 haben die Eigenschaft, dass sie bei einem defektbedingten Ausfall lei- tend werden. Sind also der oder die IGBTs 44 defekt, so kann das Steuergerät 42 die Heizleistung der elektrischen Heizeinrichtung 10 nicht regulieren, so dass insbesondere auch ein Abschalten der elektrischen Heizeinrichtung 10 bei Erreichen der Übertemperatur von 230 °C am Temperatursensor 46 nicht möglich ist. Bei einer weiteren Erhöhung der Temperatur in der elektrischen Heizeinrichtung 10 reagiert schließlich die pyrotechnische Ladung 24 bei Erreichen ihrer Zündtemperatur von beispielsweise ca. 300 °C, so dass die elektrische Anschlussleitung 28 kontrolliert getrennt wird. Die elektrische Heizeinrichtung 10 wird damit dauerhaft von der Stromquelle 40 getrennt, bis eine Instandsetzung oder ein Austausch der elektrischen Heizeinrichtung 10 erfolgt. Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 elektrische Heizeinrichtung
12 Fahrzeug
14 Wärmetauscherkörper
14' zweiter Wärmetauscherkörper
16 Wärmeübergangsfläche
16' zweite Wärmeübergangsfläche
18 Medium
20 zumindest teilweise abgeschlossener Hohlraum
20' zweiter zumindest teilweise abgeschlossener Hohlraum
22 Wandabschnitt
22' zweiter Wandabschnitt
24 pyrotechnische Ladung
24' zweite pyrotechnische Ladung
26 weiterer Wandabschnitt
26' zweiter weiterer Wandabschnitt
28 elektrische Anschlussleitung
28' zweite elektrische Anschlussleitung
30 weitere Wärmeübergangsfläche
30' zweite weitere Wärmeübergangsfläche
32 Abdeckung
34 Sollbruchstelle
36 Leitungssollbruchstelle
36' weitere Leitungssollbruchstelle
38 Amboss
40 Stromquelle
42 Steuergerät
44 IGBT
46 Temperatursensor
48 Heizspirale
50 Heizschicht
52 Wärmestrom
54 Wärmebrücke
56 Kanalabdeckung Formteil
Fassung
Befestigungsmittel Niederhalter

Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Heizeinrichtung (10), insbesondere für ein Fahrzeug (12), mit einem Wärmetauscherkörper (14), der eine Wärmeübergangsfläche (16) hat, und - einem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20), wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum (20) einen den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) teilweise begrenzenden Wandabschnitt (22) aufweist, der an die Wärmeübergangsfläche (16) angrenzt, wobei in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) eine pyrotechnische Ladung (24) angeordnet ist, und wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum (20) einen den zumin- dest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) teilweise begrenzenden weiteren
Wandabschnitt (26) aufweist, an den eine elektrische Anschlussleitung (28) der elektrischen Heizeinrichtung (10) angrenzt.
2. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 1 , wobei die pyrotechnische La- dung (24) an dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) teilweise begrenzenden Wandabschnitt (22) angeordnet ist.
3. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) teilweise begrenzende weitere Wandabschnitt (26) dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) teilweise begrenzenden Wandabschnitt (22) gegenüberliegt.
4. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum (20) zumindest teilweise in dem Wärmetauscherkörper (14) ausgebildet ist.
5. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum (20) zwischen der Wärmeübergangsfläche (16) und einer weitere Wärmeübergangsfläche (30), an der elektrisch erzeugte Wärme in den Wärmetauscherkörper (14) eingetragen wird, liegt.
6. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zumindest teilweise abgeschlossene Hohlraum (20) zumindest teilweise außerhalb des Wärmetauscherkörpers (14) in einer Abdeckung (32) ausgebildet ist, die auch die elektrische Anschlussleitung (28) führt.
7. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) teilweise begrenzende weitere Wandabschnitt (26) zumindest teilweise von Sollbruchstellen (34) begrenzt ist.
8. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die elektrische Anschlussleitung (28) zumindest eine Leitungssollbruchstelle (36) umfasst, die in einem Bereich der elektrischen Anschlussleitung (28) liegt, der an den den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt (26) angrenzt.
9. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in dem zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) zwischen der pyrotechnischen Ladung (24) und dem den zumindest teilweise abgeschlossenen Hohlraum (20) teilweise begrenzenden weiteren Wandabschnitt (26) ein Amboss (38) angeordnet ist.
10. Elektrische Heizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die pyrotechnische Ladung (24) in einem Anzündhütchen angeordnet ist.
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