EP3631317A1 - Elektrisches heizgerät, verfahren zur herstellung und zum betreiben sowie verwendung eines solchen heizgeräts - Google Patents

Elektrisches heizgerät, verfahren zur herstellung und zum betreiben sowie verwendung eines solchen heizgeräts

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Publication number
EP3631317A1
EP3631317A1 EP18728814.7A EP18728814A EP3631317A1 EP 3631317 A1 EP3631317 A1 EP 3631317A1 EP 18728814 A EP18728814 A EP 18728814A EP 3631317 A1 EP3631317 A1 EP 3631317A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating element
spacer
heating
main body
heater
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Withdrawn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
EP18728814.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Zoske
Bengt Meier
Christoph J RG
Harald Bachmann
Peter Neidenberger
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 EP3631317A1 publication Critical patent/EP3631317A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an electric heater, in particular for a
  • Motor vehicle a method for producing an electric heater, a method for operating a heater and a use of a
  • EP 1 912 028 AI From EP 1 912 028 AI it is known to stack a plurality of (electric) heating elements of a heating arrangement, wherein the heating elements are spaced apart by additional spacers and the individual heating elements are threaded over corresponding tie rods.
  • the spacers should particularly preferably be made of the same material as the tie rods. Overall, the design of EP 1 912 028 AI is perceived as consuming.
  • Liquid and / or air heater and to propose a corresponding use of a heater.
  • This task is in particular by an electric heater after
  • an electric heater preferably a fluid heater, in particular a liquid and / or air heater, preferably for a vehicle, more preferably for a motor vehicle, in particular for a passenger and / or truck (and / or for a watercraft and / or aircraft ), comprising a first (electric) heating element with a corresponding main body and at least a second (electric) Heating element with a corresponding main body, wherein between the
  • Electrode heating elements a gap is formed, can be flowed through the fluid (ie, a liquid and / or a gas, such as air) to its heating, wherein the heating elements arranged on at least one between them, in particular (electrically) conductive, spacers together are connected, wherein the spacer is an integral part of the first heating element.
  • the fluid ie, a liquid and / or a gas, such as air
  • Heating elements (specifically, the first heating element, which does not preclude that a further spacer is associated with a further heating element) is formed.
  • an efficiently operating (electric) heater can be realized with a comparatively simple production.
  • the heating element can have exactly one or more than one
  • Heating element may (exactly) have one or more spacers, which may be constructed and formed as described with respect to the spacer or the first heating element. Furthermore, a third, fourth or further heating element may also be provided. These further heating elements may also have spacers, which are formed and constructed, as described in connection with the one or more spacers of the first heating element. Insofar as in the
  • solid constituents of the further heating elements in each case with respect to one of the further heating elements, a plurality of the further heating elements or all further heating elements and / or, based on a single heating element or on several or all heating elements, in each case with respect to a spacer, several - if provided - spacers or all spacers).
  • the (respective) main body of the (respective) heating element is a portion of the (respective) heating element, which in particular structurally delimits from one or more optionally provided spacers (s). Inasmuch as (for example, for a second or further heating element) no spacer is provided as an integral part, the
  • corresponding main body also define the complete heating element.
  • the main body of the respective heating element forms
  • the main body may be a plate-shaped body (a plate).
  • the respective plate is preferably at least substantially planar (variations in thickness, if any, are particularly such that a maximum thickness is not greater than a minimum thickness plus 20% of the minimum thickness).
  • the spacer (s) is preferably protruded at an angle from a main plane defined by the main body.
  • the spacer may, for example, at an angle of at least 30 °, preferably at least 60 °, possibly at least about 90 ° relative to this main plane extend (at least over the majority, ie more than 50% of its total extent, possibly also can go crooked).
  • a "solid" constituent of the first heating element is to be understood as meaning, in particular, a constituent which is connected to the corresponding main body such that it does not come loose or only lie loosely when the heating element is present separately only in that the electric heater in the assembled state comprises a plurality of heating elements, which in turn hold the spacer between them ..
  • Such a spacer should in particular not be understood as an integral part of the first (or any) heating element.
  • the spacer is permanently connected to the main body of the first heating element.
  • an insoluble compound is in particular a compound to understand, which can not be solved without destruction (that is, by destroying the structure of the heating element) or at a break-up the (solid) connection can not be reversed again (without the addition of new fasteners).
  • the spacer may be material, force and / or form-fitting with the
  • Main body of the first heating element to be connected.
  • the cohesive connection is preferably carried out by welding, in particular laser welding. However, gluing (alternatively or additionally) is also possible.
  • the spacer is particularly preferably designed as an integral, in particular monolithic, component of the first heating element.
  • An integral component is to be understood as meaning, in particular, a component in which there is no (unambiguous) material boundary between the spacer and the main body. A transition from main body to spacers is so
  • a monolithic constituent is in particular a constituent in which the heating element as a whole is present as a uniform block.
  • spacers and / or main body are constructed of several materials, this is preferably true for at least one of the respective materials, possibly for several or all of the materials.
  • the spacer can at least be made
  • heating layer include.
  • a material of the spacer from which the spacer is formed to at least 50 wt .-% be a material from which the main body to at least 50%, preferably 80%, is formed.
  • the respective or the respective) spacers of a heating element may constitute (in terms of weight) less than 20%, preferably less than 10% of the total weight of the heating element. If several spacers are provided, this can be for each individual and / or all
  • the respective heating element may comprise a polymer structure which contains a polymer component and a conductive component, in particular carbon component.
  • the respective heating element may each comprise one, in particular insulating, substrate and / or as polymer structure a polymer layer. Such a heater is particularly easy to manufacture and effective in operation.
  • the first and / or second (electric) heating element can be electrically contacted via the one (or more) spacers, possibly only via the (or the plurality of) spacers.
  • the spacer can be formed from the respective (in particular first) heating element by cutting (or at least partial separation) and / or punching and / or bending.
  • the spacer is
  • a connection to the other parts of the heating element ie in particular to the main body
  • a connection to the other parts of the heating element ie in particular to the main body
  • is not interrupted in particular not in sections
  • the (respective) spacer in (direct) electrical and / or mechanical contact with a first and the second heating element electrically and / or mechanically connecting carrier and / or bridge element.
  • a support member is in particular an element to understand that at least partially (possibly completely) carries the first and / or second heating element, ie in particular holds (possibly in cooperation with at least one or just another support member).
  • a bridge element is in particular an element to understand the first and second heating element electrically (possibly also mechanically) bridged or connects.
  • Carrier and / or bridge element can also with other components of the heating element (ie not only with the spacer) in electrical and / or mechanical
  • a connection between spacers, on the one hand, and Carrier and / or bridge element, on the other hand, is preferably non-positive and / or material fit, for example by pressing and / or soldering and / or
  • welding in particular laser welding.
  • the spacer can be formed double-functional, which further simplifies the production.
  • the respective (eg first) heating element may comprise at least one opening for receiving a, in particular rod-shaped, preferably conductive, carrier element, wherein the at least one spacer preferably at least partially around the opening (in particular
  • annular is arranged.
  • the spacer can be rod-shaped (for example, fully cylindrical, with possibly circular diameter) or ring-shaped (or hollow-cylindrical, with possibly
  • Spacer preferably at least 2 times, preferably at least 5 times as large as a distance between the heating elements, between which the spacer is arranged.
  • the spacer may, for example, extend over the entire length of one side of the first and / or second heating element (or over only a part thereof).
  • the spacer is formed on one (possibly the complete) (side) edge of the first heating element, preferably by a curling and / or flanging (or flanging). Under a flanging is in particular a bending of an edge of the (respective)
  • Heating element eg with a crimping machine or by hand
  • Heating element eg with a crimping machine or by hand
  • Under a roll is a curling or rolling bending of the
  • Heating element at its edge to understand.
  • the respective “edge” may be an outer edge (where the heating element ends) or an inner edge defining, for example, an (inner) opening or recess.
  • First and / or second heating elements may extend at least substantially along a fluid flow direction.
  • first and / or second heating elements may extend at a (certain) angle to the fluid flow direction, e.g. B. an angle ⁇ 90 ° and> 0 °, in particular> 10 °.
  • the particular polymer structure, in particular the polymer layer can be printed (in particular on the substrate) (for example by screen printing) or applied by another coating method (such as, for example, doctoring).
  • the (respective) heating element can also contain several films from one (corresponding)
  • electrical connection structures may be printed on the substrate or the polymer layer or by another
  • Curing step at elevated temperature (of eg over 120 ° C) in an oven.
  • the conductive component in particular carbon component, may be present in particle form and / or as a framework, in particular a carbon skeleton.
  • the carbon component may be in the form of carbon black and / or graphite and / or graphene and / or carbon fibers and / or carbon nanotubes.
  • the polymer component may be a first polymer subcomponent based on ethylene acetate (copolymer) and / or
  • polyolefin in particular polyethylene and / or polypropylene
  • polyester and / or polyamide and / or fluoropolymer are examples of polyolefin
  • subcomponent is intended here in particular for
  • first and second polymer subcomponent Distinction between first and second polymer subcomponent can be used.
  • the respective subcomponent can form either partially or completely the polymer component.
  • the ethylene acrylate may be ethyl methyl acrylate or ethylene ethyl acrylate.
  • Ethylene acetate may be ethylene vinyl acetate.
  • the polyethylene may be high density polyethylene, medium density polyethylene, low density polyethylene.
  • the fluoropolymer may be PFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoropropyl vinyl ester) MFA (copolymer of tetrafluoroethylene and perfluorovinyl ester), FEP (copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene), ETFE (copolymer of ethylene and tetrafluoroethylene) or PVDF (polyvinylidene fluoride) act.
  • the heater preferably comprises at least three or at least four or at least five or at least eight heating elements (with corresponding
  • heating elements may be electrically connected in parallel in embodiments.
  • several (possibly all) heating elements may be electrically connected in parallel in embodiments.
  • several (possibly all) heating elements may be electrically connected in parallel in embodiments.
  • several (possibly all) heating elements may be electrically connected in parallel in embodiments.
  • several (possibly all) heating elements may be electrically connected in parallel in embodiments.
  • several (possibly all) heating elements may be electrically connected in parallel in embodiments.
  • Heating elements embodiments be electrically connected in series.
  • an electric heater preferably liquid or air heater, in particular of the type described above, comprising a first heating element with a corresponding main body and at least a second heating element with a corresponding main body, wherein between the heating elements Interspace is formed, through which fluid (in particular a liquid or a gas, in particular air) can be flowed to its heating, wherein at least one spacer is formed as an integral part of the first heating element such that the spacer, the first and the second
  • Heating element spaced from each other.
  • the spacer is preferably an integral part of a respective (eg first) heating element, it is not a constituent part of another heating element.
  • the (respective) spacer is not or only loosely in contact with all the heating elements (except the one, in particular the first heating element).
  • a loose contact is meant in particular a contact in which the spacer without (essential)
  • the spacer is therefore not an integral part of another heating element and / or cohesively with another
  • Heating element connected (except the one whose integral part is the respective spacer).
  • the spacer can be permanently connected to the main body of the first heating element and / or material, force and / or form-fitting with the
  • Main body of the first heating element are connected or as an integral, in particular monolithically molded, formed part of the first heating element.
  • the heating elements can each have a polymer structure, the one
  • Polymer component and a conductive component in particular
  • Carbon component containing Preferably, the
  • Heating elements (each), in particular insulating, substrate and / or as a polymer structure, a polymer layer.
  • the spacer is preferably made from the first heating element
  • the spacer is preferably placed in (direct) electrical and / or mechanical contact with a carrier and / or bridge element electrically and / or mechanically connecting the first and second heating elements, wherein a connection between spacers and carrier and / or
  • Bridge element is preferably non-positive and / or cohesive
  • the spacer is formed on an edge of the first heating element, in particular by a curling and / or flanging.
  • the above object is further achieved by a method for operating the above heater or prepared by the above method, wherein fluid, in particular air or a liquid, for. As water flows through the at least one space and is heated.
  • the above object is further achieved by the use of a heater of the above type or prepared by a method of the above type for heating fluid, in particular air or a liquid, for. B. of water, especially in a motor vehicle, preferably for a motor vehicle interior.
  • motor vehicle preferably passenger or truck (Alternatively, ship or aircraft, such as aircraft), comprising a heater of the above type or a heater, which has been prepared by the above method.
  • the (respective) spacer may possibly both the power supply
  • the spacer may have a dual function, which allows a total of a simple construction of the electric heater.
  • Short circuits may be a painting or sealing of the polymer structure, in particular polymer layer, (or parts thereof) may be present.
  • the heating elements are stackable.
  • the heating elements can be designed as a (total) resistor connected in parallel (which in particular allows stacking).
  • a diameter of the gap between the first and second heating elements may be smaller than, equal to or greater than a thickness of the first and / or second heating element.
  • the polymer layer forms a PTC resistor.
  • the substrate - if provided - preferably serves as a heat exchanger.
  • Consistent overall space can be lowered.
  • At (maximum) surface temperatures of, for example, below 200 ° C still comparatively high total heat outputs are still possible.
  • the (respective) substrate may at least partially, preferably
  • plastic in particular a polymer such as polyether ketone and / or polyamide.
  • a Polymer such as polyether ketone and / or polyamide.
  • a Manufacture from polyethylene (PE) and / or polypropylene (PP) and / or
  • PEEK Polyetheretherketone
  • PA-GF fiber-reinforced polyamide
  • the substrate may be made of an electrically insulating material.
  • An electrically insulating material is to be understood as meaning in particular a material which has an electrical conductivity of less than 10-1 S 1 m-1 (possibly less than 10-8 S 1 m-1) at room temperature (25 ° C.). Accordingly, under an electrical conductor or a material (or coating) with
  • the (optionally carbon-containing) polymer structure in particular the polymer layer, or the (optionally carbon-containing) polymer structures, in particular polymer layers, and / or a corresponding paste for the production thereof may comprise (as in particular crystalline binder) at least one polymer, preferably based on at least one olefin; and / or at least one copolymer of at least one olefin and at least one monomer which can be copolymerized therewith, e.g. As ethylene / acrylic acid and / or
  • polyacetylene or polyalkenylene such as.
  • polyoctenamer polyoctenamer
  • melt-deformable, fluoropolymer such as.
  • polyvinylidene fluoride and / or copolymers thereof As polyvinylidene fluoride and / or copolymers thereof.
  • Polymer layer have a continuous surface (without interruptions) or be structured, for example, have gaps (openings) or recesses.
  • a floor plan of the respective heating element may be polygonal, in particular quadrangular, preferably rectangular or oval, in particular elliptical, preferably (circular) circular.
  • At least one intermediate space can be limited by (exactly) two or more heating elements.
  • a cross section of the intermediate space may be polygonal, in particular quadrangular, preferably rectangular or oval, in particular elliptical, preferably (circular) circular.
  • a cross section within a space may vary or be constant (over its length). Also cross sections of different
  • Gaps or fluid passages may differ or be the same.
  • cross-sections of the intermediate spaces or fluid channels may be slit-shaped (in particular as rectangular slits).
  • conductive with regard to the conductive components of the heater is to be understood as an abbreviation for “electrically conductive”.
  • the fluid heater is preferably for low-voltage operation (e.g.
  • the fluid heater may be designed for the high-voltage range (eg> 100 volts, preferably> 400 volts, possibly greater than 800 volts).
  • the heater may be designed for operation with DC and / or AC voltage and / or PWM.
  • the substrate or the substrates may be formed as a plate, in particular a plastic plate, and / or have a thickness of at least 0.1 mm, preferably at least 0.5 mm, more preferably at least 1.0 mm and / or at most 5.0 mm, more preferably at most 3.0 mm.
  • the respective thickness is an average thickness or a thickness of the largest area of constant thickness.
  • a (layer) thickness of the respective polymer layer may be ⁇ 1 mm, preferably
  • the polymer layer (at least one of the heating elements, preferably several or all of the heating elements) may be thinner (at least on average) than the corresponding substrate, for example by a factor of 1.1; further
  • the (respective) polymer layer is preferably in contact with the (respective) substrate via at least 20%, more preferably at least 50%, even more preferably at least 80%, of a surface of the substrate facing the polymer layer. This can effectively heat over the substrate (which then serves as another heat exchanger) are transferred.
  • Substrate may be formed at least substantially planar. For improved heat transfer surveys (depressions) may be provided.
  • the proportion of the conductive component or the carbon fraction in the polymer layer of at least one heating element may be designed such that it allows a current flow (eg in particle form, with the particles correspondingly touching or lying close to one another) ,
  • the invention allows heating elements (in particular in
  • Manufacturing process (such as a punching and / or bending process) may have a final contour, which can set and maintain a defined distance when joining the heating elements (slats) and possibly
  • the heating elements (slats) may have different contours, such as an opening (passage) with a collar (possibly for threading on a
  • the collar preferably serves as a spacer between the heating elements (lamellae) or a curling or beading at one end of the heating element (the lamella), preferably by their diameter or their height a distance between the heating elements
  • An electrical connection is preferably made by a contact surface between the above-mentioned collar and a carrier or the above-mentioned rolling or flanging and a (flat) bridge created.
  • An electrical connection can either by a positive and / or non-positive
  • Manufacturing process eg pressing, soldering and / or welding
  • heating elements heating fins
  • a functional integration can be achieved by a simultaneous electrical contacting of the heating elements (heating fins) on the spacer.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a heater according to the invention in a view from above (schematically);
  • FIG. 2 shows the embodiment according to FIG. 2 in a schematic view from the side
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the heater according to the invention in a schematic view from above.
  • FIG. 4 shows the embodiment of FIG. 3 in a schematic
  • Figs. 1 and 2 show a first embodiment of the invention
  • the heater includes a plurality (eg four) of heating elements 10a-10d.
  • the heating elements are constructed identically according to FIG. 2 (which does not have to be the case).
  • Each of the heating elements 10a-10d comprises a (plate-shaped) main body 11 and (respectively) two (edge-side) spacers 12a, 12b.
  • the spacers 12a, 12b are by a (re) flanging of the corresponding heating element (integrally) and define a distance of the heating elements 10a-10d and their main body 11 against each other.
  • Spacers 12a of the heating elements 10a-10d are in (mechanical and electrical) contact with a bridge element 13a, which may be formed of metal (or other conductive material), for example.
  • the bridge element 13a is connected here to a negative pole.
  • the spacers 12b of the heating elements 10a-10d are connected to a bridge element 13b, which in turn is connected to a plus pole.
  • Bridge element 13b may be constructed identically to the bridge element 13a.
  • the bridge elements 13a, 13b may be formed (in each case) as a plate and / or strip and / or bar and / or bar and / or grid.
  • the heating elements 10a-10d may each be constructed of or include a conductive polymer structure. In the latter case, the
  • Heating elements 10a-10d (each) have a substrate (which may be electrically non-conductive) on which a conductive polymer coating (dashed lines
  • polymer structure 14 is provided as a polymer structure 14.
  • the respective polymer structure 14 is shown in FIG. 2 only on one side of the respective main body 11th
  • spacers 12a and / or 12b may be provided on the spacers 12a and / or 12b.
  • FIGs. 3 and 4 show a further embodiment of the heater according to the invention.
  • several (for example three) heating elements 10a, 10b and 10c are provided (preferably stacked one above the other).
  • Each of the heating elements 10a, 10b and 10c comprises two openings 15a, 15b which are bordered by corresponding spacers 12a, 12b.
  • the spacers 12a, 12b are formed here as a collar, which defines a distance to the next slat.
  • a bridge element 16a is guided.
  • the bridge elements 16a, 16b preferably (mechanically and electrically) contact the spacers 12a and 12b, respectively.
  • the bridge elements 16a, 16b may at their (respective) ends 17 a (not shown) fixing means, such as a nut or Like, to hold together the stack of the heating elements 10a, 10b and 10c. Possibly. can also (respectively) an end of
  • Bridge elements 16a, 16b be provided with a widening which holds this stack on one side of the stack of heating elements 10a-10c.
  • a (screw) nut can be screwed on to hold the said stack together.
  • Other holding devices are conceivable.
  • Fig. 3 is schematically (dashed) a polymer coating as
  • the polymer coating can also extend over less or more (for example, the respective entire) heating element 10a, 10b or 10c (on one side or on both sides).
  • the spacers 12a, 12b as such may (at least in part) comprise or be constructed from a polymer structure.
  • the heating elements 10a, 10b and 10c also (completely) of a conductive
  • Be constructed polymer structure (alternatively: a substrate and a polymer structure applied thereto, in particular comprise polymer coating).
  • intermediate spaces 18 are respectively provided, through which fluid to the latter
  • Heating is flowable.
  • the fluid may be a liquid or a gas, in particular water or air.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät, insbesondere Flüssigkeits- oder Luftheizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Heizelement (10a) mit einem entsprechenden Hauptkörper (11) und mindestens ein zweites Heizelement (10b) mit einem entsprechenden Hauptkörper (11), wobei zwischen den Heizelementen (10a, 10b) ein Zwischenraum (18) ausgebildet ist, durch den Fluid zu dessen Aufheizung strömbar ist, wobei die Heizelemente (10a, 10b) über mindestens einen zwischen ihnen angeordneten, insbesondere leitfähigen, Abstandshalter (12a, 12b) miteinander verbunden sind, wobei der Abstandshalter (12a, 12b) ein fester Bestandteil des ersten Heizelementes (10a) ist.

Description

ELEKTRISCHES HEIZGERÄT, VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG UND ZUM BETREIBEN SOWIE VERWENDUNG EINES SOLCHEN HEIZGERÄTS
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizgerät, insbesondere für ein
Kraftfahrzeug, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizgerätes, ein Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes sowie eine Verwendung eines
Heizgerätes.
Aus der EP 1 912 028 AI ist es bekannt, mehrere (elektrische) Heizelemente einer Heizungsanordnung zu stapeln, wobei die Heizelemente über zusätzliche Abstandshalter voneinander beabstandet werden und die einzelnen Heizelemente über entsprechende Zuganker aufgefädelt werden. Die Abstandshalter sollen besonders bevorzugt aus demselben Material gefertigt werden wie die Zuganker. Insgesamt wird die Konstruktion der EP 1 912 028 AI als aufwändig empfunden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Heizgerät, insbesondere Flüssigkeits- und/oder Luftheizgerät, vorzugsweise für en Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, vorzuschlagen, das vergleichsweise einfach in der Herstellung ist und
insbesondere auch eine effektive Aufheizung des Fluids ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines Heizgerätes, insbesondere Flüssigkeits- und/oder Luftheizgerätes, ein
entsprechendes Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes, insbesondere
Flüssigkeits- und/oder Luftheizgerätes, sowie eine entsprechende Verwendung eines Heizgerätes vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird insbesondere durch ein elektrisches Heizgerät nach
Anspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch elektrisches Heizgerät, vorzugsweise Fluidheizgerät, insbesondere Flüssigkeits- und/oder Luftheizgerät, vorzugsweise für ein Fahrzeug, weiter vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personen- und/oder Lastkraftwagen (und/oder für ein Wasserfahrzeug und/oder Luftfahrzeug) gelöst, umfassend ein erstes (elektrisches) Heizelement mit einem entsprechenden Hauptkörper und mindestens ein zweites (elektrisches) Heizelement mit einem entsprechenden Hauptkörper, wobei zwischen den
(elektrischen) Heizelementen ein Zwischenraum ausgebildet ist, durch den Fluid (also eine Flüssigkeit und/oder ein Gas, wie beispielsweise Luft) zu dessen Aufheizung strömbar ist, wobei die Heizelemente über mindestens einen zwischen ihnen angeordneten, insbesondere (elektrisch) leitfähigen, Abstandshalter miteinander verbunden sind, wobei der Abstandshalter ein fester Bestandteil des ersten Heizelementes ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, mindestens einen Abstandshalter bereitzustellen, der ein Stapeln mehrerer Heizelemente auf einfache Art und Weise ermöglicht, wobei dieser Abstandshalter nicht als separates Teil (wie in EP 1 912 028 AI) ausgebildet ist, sondern als fester Bestandteil eines der
Heizelemente (konkret des ersten Heizelementes, was nicht ausschließt das auch einem weiteren Heizelement ein entsprechender Abstandshalter zugeordnet ist) ausgebildet ist. Dadurch kann mit einer vergleichsweise einfachen Herstellung ein effizient arbeitendes (elektrisches) Heizgerät realisiert werden.
Grundsätzlich kann das Heizelement genau einen oder mehr als einen
Abstandshalter als festen Bestandteil desselben aufweisen. Das zweite
Heizelement kann (genau) einen oder mehrere Abstandshalter aufweisen, die genauso aufgebaut und ausgebildet sein können, wie im Hinblick auf den bzw. die Abstandshalter des ersten Heizelementes beschrieben. Weiterhin kann auch ein drittes, viertes oder noch weiteres Heizelement vorgesehen sein. Auch diese weiteren Heizelemente können ggf. Abstandshalter aufweisen, die ausgebildet und aufgebaut sind, wie im Zusammenhang mit dem einen oder den mehreren Abstandshalter(n) des ersten Heizelementes beschrieben. Insofern also im
Folgenden der eine bzw. die mehreren Abstandshalter des ersten Heizelementes mit weiteren Details beschrieben und definiert werden, gelten entsprechende Merkmale (optional) auch für optional vorgesehene Abstandshalter als
insbesondere feste Bestandteile der weiteren Heizelemente (jeweils in Bezug auf eines der weiteren Heizelemente, mehrere der weiteren Heizelemente oder alle weiteren Heizelemente und/oder, bezogen auf ein einzelnes Heizelement oder auf mehrere oder alle Heizelemente, jeweils in Bezug auf (den) einen Abstandshalter, mehrere - falls vorgesehen - Abstandshalter oder alle Abstandshalter).
Insbesondere gilt dies für die strukturelle Ausgestaltung, Anordnung,
Orientierung und/oder Anzahl der jeweiligen Abstandshalter. Bei dem (jeweiligen) Hauptkörper des (jeweiligen) Heizelementes handelt es sich um einen Abschnitt des (jeweiligen) Heizelementes, der sich insbesondere strukturell von einem oder mehreren ggf. vorgesehenen Abstandshalter(n) abgrenzt. Insoweit (beispielsweise für ein zweites oder weiteres Heizelement) kein Abstandshalter als fester Bestandteil vorgesehen ist, kann der
entsprechender Hauptkörper auch das vollständige Heizelement definieren.
Vorzugsweise bildet der Hauptkörper des jeweiligen Heizelementes
(gewichtsmäßig) mindestens 50 %, weiter vorzugsweise mindestens 80 % (ggf. 100 %, beispielsweise wenn kein entsprechender Abstandshalter vorgesehen ist) des entsprechenden Heizelementes aus. Ausführungsgemäß kann es sich bei dem Hauptkörper um einen plattenförmigen Körper (eine Platte) handeln. Die jeweilige Platte ist vorzugsweise zumindest im Wesentlichen eben (Schwankungen in der Dicke, soweit vorhanden, sind insbesondere so beschaffen, dass eine maximale Dicke nicht größer ist als eine minimale Dicke plus 20 % von der minimalen Dicke). Der (jeweilige) Abstandshalter steht vorzugsweise in einem Winkel aus einer Hauptebene, die durch den Hauptkörper definiert ist, heraus. Konkret kann sich der Abstandshalter beispielsweise in einem Winkel von mindestens 30°, vorzugsweise mindestens 60°, ggf. zumindest ungefähr 90° gegenüber dieser Hauptebene erstrecken (zumindest über den überwiegenden Teil, also mehr als 50 % seiner Gesamt-Erstreckung, die ggf. auch krumm verlaufen kann).
Unter einem„festen" Bestandteil des ersten Heizelementes ist insbesondere ein Bestandteil zu verstehen, der so mit dem entsprechenden Hauptkörper verbunden ist, dass er sich auch dann nicht löst oder nur noch lose anliegt, wenn das Heizelement separat vorliegt. Der Abstandshalter wird also beispielsweise nicht nur dadurch gehalten, dass das elektrische Heizgerät im zusammengebauten Zustand mehrere Heizelemente umfasst, die wiederum den Abstandshalter zwischen sich halten. Ein solcher Abstandshalter soll insbesondere nicht als ein fester Bestandteil des ersten (oder irgendeines) Heizelementes verstanden werden.
Vorzugsweise ist der Abstandshalter unlösbar mit dem Hauptkörper des ersten Heizelementes verbunden. Unter einer unlösbaren Verbindung ist insbesondere eine Verbindung zu verstehen, die nicht zerstörungsfrei (also unter Zerstörung der Struktur des Heizelementes) gelöst werden kann bzw. bei der ein Aufbrechen der (festen) Verbindung nicht wieder (ohne hinzukommende, neue Befestigungsmittel) rückgängig gemacht werden kann.
Der Abstandshalter kann Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem
Hauptkörper des ersten Heizelementes verbunden sein. Die stoffschlüssige Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen. Es ist jedoch auch ein Kleben (alternativ oder zusätzlich) möglich.
Der Abstandshalter ist besonders bevorzugt als integraler, insbesondere monolithischer, Bestandteil des ersten Heizelementes ausgebildet. Unter einem integralen Bestandteil ist insbesondere ein Bestandteil zu verstehen, bei dem zwischen Abstandshalter und Hauptkörper keine (eindeutige) Materialgrenze vorliegt. Ein Übergang von Hauptkörper zu Abstandshalter erfolgt also
insbesondere kontinuierlich. Unter einem monolithischen Bestandteil ist insbesondere ein Bestandteil zu verstehen, bei dem das Heizelement insgesamt als einheitlicher Block vorliegt. Vorzugsweise sind der Abstandshalter (zumindest abschnittsweise) und der Hauptkörper (zumindest abschnittsweise) aus
demselben Material aufgebaut. Wenn Abstandshalter und/oder Hauptkörper aus mehreren Materialien aufgebaut sind, gilt dies vorzugsweise für zumindest eines der jeweiligen Materialien, ggf. für mehrere oder sämtliche der Materialien.
Umfasst das Heizelement beispielsweise ein Substrat und eine (elektrische) Heizstruktur (z. B. Heizschicht) kann der Abstandshalter zumindest aus
demselben Material aufgebaut sein wie das Substrat des Heizelementes, ggf. zusätzlich auch eine entsprechende Heizstruktur (dann aus vorzugsweise demselben Material), z. B. Heizschicht, umfassen.
In konkreten Ausführungsformen kann ein Material des Abstandshalters, aus dem der Abstandshalter zu mindestens 50 Gew.-% ausgebildet ist, ein Material sein, aus dem auch der Hauptkörper zu mindestens 50 %, vorzugsweise 80 %, ausgebildet ist.
(Der jeweilige oder die jeweiligen) Abstandshalter eines Heizelementes können (in Bezug auf das Gewicht) weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 10 % des Gesamt-Gewichts des Heizelementes ausmachen. Wenn mehrere Abstandshalter vorgesehen sind, kann dies für jeden einzelnen und/oder sämtliche
Abstandshalter in ihrer Gesamtheit gelten. Das jeweilige Heizelement (ggf. mehrere oder sämtliche Heizelemente) kann (können) eine Polymerstruktur, die eine Polymerkomponente und eine leitfähige Komponente, insbesondere Kohlenstoffkomponente, enthält, umfassen. In konkreten Ausführungsformen kann das jeweilige Heizelement (bzw. sämtliche Heizelemente) jeweils ein, insbesondere isolierendes, Substrat und/oder als Polymerstruktur eine Polymerschicht umfassen. Ein derartiges Heizgerät ist besonders einfach in der Herstellung und effektiv im Betrieb.
Das erste und/oder zweite (elektrische) Heizelement kann über den einen (oder mehrere) Abstandshalter, ggf. ausschließlich über den (bzw. die mehreren) Abstandshalter, elektrisch kontaktiert werden. Dadurch kann eine vergleichsweise einfache Konstruktion bereitgestellt werden, was Herstellung und Betrieb vereinfacht.
Der Abstandshalter kann aus dem jeweiligen (insbesondere ersten) Heizelement durch Schneiden (bzw. zumindest teilweises Abtrennen) und/oder Stanzen und/oder Biegen geformt sein. Im Allgemeinen ist der Abstandshalter
vorzugsweise so aus dem jeweiligen (z. B. ersten) Heizelement geformt, dass eine Verbindung zu den übrigen Teilen des Heizelementes (also insbesondere zum Hauptkörper) nicht (insbesondere auch nicht abschnittsweise) unterbrochen wird (zumindest nicht vollständig, was ggf. im Falle des Schneidens und/oder Stanzens möglich ist). Dadurch wird die Herstellbarkeit vereinfacht und ein effektiver Betrieb ermöglicht.
Vorzugsweise ist der (jeweilige) Abstandshalter in (direktem) elektrischen und/oder mechanischen Kontakt mit einem das erste und das zweite Heizelement elektrisch und/oder mechanisch verbindenden Träger- und/oder Brückenelement. Unter einem Trägerelement ist insbesondere ein Element zu verstehen, das das erste und/oder zweite Heizelement zumindest teilweise (ggf. vollständig) trägt, also insbesondere hält (ggf. in Zusammenwirken mit mindestens einem oder genau einem weiteren Trägerelement). Unter einem Brückenelement ist insbesondere ein Element zu verstehen, das erstes und zweites Heizelement elektrisch (ggf. auch mechanisch) überbrückt bzw. verbindet. Träger- und/oder Brückenelement können auch mit anderen Bestandteilen des Heizelementes (also nicht nur mit dem Abstandshalter) in elektrischen und/oder mechanischen
(direkten) Kontakt sein. Eine Verbindung zwischen Abstandshalter, einerseits, und Träger- und/oder Brückenelement, andererseits, ist vorzugsweise kraft- und/oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Andrücken und/oder Löten und/oder
Schweißen, insbesondere Laserschweißen. Insgesamt kann der Abstandshalter doppelfunktional ausgebildet sein, was die Herstellung weiter vereinfacht.
In Ausführungsformen kann das jeweilige (z. B. erste) Heizelement mindestens eine Öffnung zum Aufnehmen eines, insbesondere stabförmigen, vorzugsweise leitenden, Trägerelementes aufweisen, wobei der mindestens eine Abstandshalter vorzugsweise zumindest teilweise um die Öffnung herum (insbesondere
ringförmig) angeordnet ist.
Im Allgemeinen kann der Abstandshalter stabförmig (z. B. vollzylindrisch, mit ggf. kreisförmigem Durchmesser) oder ringförmig (bzw. hohlzylindrisch, mit ggf.
kreisförmigem Durchmesser) oder leisten- oder streifenförmig ausgebildet sein. Bei einer leisten- oder streifenförmigen Ausbildung ist eine Breite des
Abstandshalters vorzugsweise mindestens 2-mal, vorzugsweise mindestens 5-mal so groß wie ein Abstand zwischen den Heizelementen, zwischen denen der Abstandshalter angeordnet ist. Der Abstandshalter kann sich beispielsweise über die gesamte Länge einer Seite des ersten und/oder zweiten Heizelementes erstrecken (oder nur über einen Teil davon).
In weiteren Ausführungsformen ist der Abstandshalter an einem (ggf. dem vollständigen) (Seiten-)Rand des ersten Heizelementes ausgebildet, vorzugsweise durch eine Rollierung und/oder Bördelung (bzw. Umbördelung). Unter einer Bördelung ist insbesondere ein Umbiegen eines Randes des (jeweiligen)
Heizelementes (z. B. mit einer Bördelmaschine oder von Hand) zu verstehen. Unter einer Rollierung ist ein Einrollen bzw. rollendes Umbiegen des
Heizelementes (an seinem Rand) zu verstehen. Der jeweilige„Rand" kann ein äußerer Rand sein (an dem das Heizelement endet) oder ein innerer Rand, der beispielsweise eine (innere) Öffnung bzw. Ausnehmung definiert.
Erstes und/oder zweites Heizelement können sich zumindest im Wesentlichen entlang einer Fluidströmungsrichtung erstrecken. Alternativ können sich erstes und/oder zweites Heizelement in einem (bestimmten) Winkel gegenüber der Fluidströmungsrichtung erstrecken, z. B. einem Winkel < 90° und > 0°, insbesondere > 10°. Die jeweilige Polymerstruktur, insbesondere, Polymerschicht kann (insbesondere auf das Substrat) aufgedruckt (z. B. per Siebdruck) oder durch ein sonstiges Beschichtungsverfahren (wie z. B. Rakeln) aufgebracht sein. Das (jeweilige) Heizelement kann auch mehrere Folien aus einer (entsprechenden)
Polymerstruktur aufweisen und/oder (zumindest teilweise) durch Laminieren und/oder (zumindest teilweise) durch Extrudieren hergestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können elektrische Anschlussstrukturen (Elektroden) auf das Substrat bzw. die Polymerschicht aufgedruckt oder durch ein sonstiges
Beschichtungsverfahren aufgebracht sein. Gegebenenfalls kann ein
Aushärtungsschritt bei erhöhter Temperatur (von z. B. über 120 °C) in einem Ofen erfolgen.
Die leitfähige Komponente, insbesondere Kohlenstoffkomponente, kann in Partikelform und/oder als Gerüst, insbesondere Kohlenstoffgerüst vorliegen. Die Kohlenstoffkomponente kann in Form von Ruß und/oder Graphit und/oder Graphen und/oder Kohlenstofffasern und/oder Kohlenstoff-Nanoröhren vorliegen.
In Ausführungsformen kann die Polymerkomponente eine erste Polymer- Teilkomponente auf Basis von Ethylenacetat (-Copolymer) und/oder
Ethylenacrylat (-Copolymer) aufweisen und/oder eine zweite Polymer- Teilkomponente auf Basis von Polyolefin, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, und/oder Polyester und/oder Polyamid und/oder Fluorpolymer umfassen. Der Begriff„Teilkomponente" soll hier insbesondere zur
Unterscheidung zwischen erster und zweiter Polymer-Teilkomponente verwendet werden. Die jeweilige Teilkomponente kann entweder teilweise oder auch vollständig die Polymerkomponente ausbilden. Bei dem Ethylenacrylat kann es sich um Ethyl-Methyl-Acrylat oder Ethylen-Ethyl-Acrylat handeln. Bei dem
Ethylenacetat kann es sich um Ethylenvinylacetat handeln. Bei dem Polyethylen kann es sich um HD (High Density)-Polyethylen, MD (Medium Density)- Polyethylen, LD (Low Density)-Polyethylen, handeln. Bei dem Fluorpolymer kann es sich um PFA (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorpropyl-Vinylester) MFA (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Perfluorvinylester), FEP (Copolymer aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen), ETFE (Copolymer aus Ethylen und Tetrafluorethylen) oder PVDF (Polyvinyliden-Fluorid) handeln. Das Heizgerät umfasst vorzugsweise mindestens drei oder mindestens vier oder mindestens fünf oder mindestens acht Heizelemente (mit entsprechenden
Zwischenräumen und ggf. Abstandshaltern)
Mehrere (ggf. alle) Heizelemente können in Ausführungsformen elektrisch parallel geschaltet sein. Alternativ oder zusätzlich können mehrere (ggf. alle)
Heizelemente Ausführungsformen elektrisch in Serie geschaltet sein.
Die obige Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizgerätes, vorzugsweise Flüssigkeits- oder Luftheizgerätes, insbesondere der oben beschriebenen Art, umfassend ein erstes Heizelement mit einem entsprechenden Hauptkörper und mindestens ein zweites Heizelement mit einem entsprechenden Hauptkörper, wobei zwischen den Heizelementen ein Zwischenraum ausgebildet ist, durch den Fluid (insbesondere eine Flüssigkeit oder ein Gas, insbesondere Luft) zu seiner Aufheizung strömbar ist, wobei mindestens ein Abstandshalter als fester Bestandteil des ersten Heizelementes ausgebildet wird derart, dass der Abstandshalter das erste und das zweite
Heizelement voneinander beabstandet.
Der Abstandshalter ist vorzugsweise zwar fester Bestandteile eines jeweiligen (z. B. ersten) Heizelementes, jedoch nicht fester Bestandteile eines weiteren Heizelementes. Vorzugsweise ist der (jeweilige) Abstandshalter also mit sämtlichen Heizelementen (außer dem einen, insbesondere ersten Heizelement) nicht oder nur lose in Kontakt. Unter einem losen Kontakt ist insbesondere ein Kontakt zu verstehen, bei dem der Abstandshalter ohne (wesentlichen)
Kraftaufwand von dem entsprechenden Heizelement gelöst bzw. entfernt werden kann, wenn weitere haltende bzw. verbindende Strukturen (wie beispielsweise Brückenelemente) nicht vorgesehen sind (bzw. zumindest gedanklich entfernt werden). Insbesondere ist der Abstandshalter also nicht integraler Bestandteil eines weiteren Heizelementes und/oder stoffschlüssig mit einem weiteren
Heizelement verbunden (außer dem einen, dessen fester Bestandteil der jeweilige Abstandshalter ist).
Der Abstandshalter kann unlösbar mit dem Hauptkörper des ersten Heizelements verbunden werden und/oder Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem
Hauptkörper des ersten Heizelementes verbunden werden oder als integraler, insbesondere monolithisch angeformter, Bestandteil des ersten Heizelementes ausgebildet werden.
Die Heizelemente können jeweils eine Polymerstruktur, die eine
Polymerkomponente und eine leitfähige Komponente, insbesondere
Kohlenstoffkomponente, enthält, umfassen. Vorzugsweise umfassen die
Heizelemente (jeweils) ein, insbesondere isolierendes, Substrat und/oder als Polymerstruktur eine Polymerschicht.
Der Abstandshalter wird vorzugsweise aus dem ersten Heizelement durch
Schneiden und/oder Stanzen und/oder Biegen geformt.
Der Abstandshalter wird vorzugsweise in (direktem) elektrischen und/oder mechanischen Kontakt mit einem das erste und das zweite Heizelement elektrisch und/oder mechanisch verbindenden Träger- und/oder Brückenelement gebracht, wobei eine Verbindung zwischen Abstandshalter und Träger- und/oder
Brückenelement vorzugsweise kraft- und/oder stoffschlüssig erfolgt,
beispielsweise durch Andrücken und/oder Löten und/oder Schweißen,
insbesondere Laserschweißen.
Vorzugsweise wird der Abstandshalter an einem Rand des ersten Heizelementes ausgebildet, insbesondere durch eine Rollierung und/oder Umbördelung .
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben des obigen Heizgerätes oder hergestellt nach dem obigen Verfahren, wobei Fluid, insbesondere Luft oder eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, durch den mindestens einen Zwischenraum strömt und dabei aufgeheizt wird .
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Verwendung eines Heizgerätes der obigen Art oder hergestellt nach einem Verfahren der obigen Art zum Aufheizen von Fluid, insbesondere von Luft oder von einer Flüssigkeit, z. B. von Wasser, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen Kraftfahrzeug innenraum.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Fahrzeug,
insbesondere Kraftfahrzeug, vorzugsweise Personen- oder Lastkraftwagen (alternativ Schiff oder Luftfahrzeug, beispielsweise Flugzeug), umfassend ein Heizgerät der obigen Art bzw. ein Heizgerät, das nach dem obigen Verfahren hergestellt worden ist.
Der (jeweilige) Abstandshalter kann ggf. sowohl die Stromversorgung
sicherstellen als auch einen Abstand zwischen den Heizelementen gewährleisten. Insofern kann der Abstandshalter eine Doppelfunktion aufweisen, was insgesamt einen einfachen Aufbau des elektrischen Heizgerätes ermöglicht.
Zum Schutz vor mechanischer Beschädigung, Feuchtigkeit und/oder
Kurzschlüssen kann eine Lackierung oder Versiegelung der Polymerstruktur, insbesondere Polymerschicht, (oder von Teilen davon) vorhanden sein.
Vorzugsweise sind die Heizelemente (übereinander-) stapelbar. Weiterhin können die Heizelemente als parallel verschalteter (Gesamt-) Widerstand ausgeführt sein (wodurch insbesondere ein Übereinanderstapeln ermöglicht wird).
Ein Durchmesser des Zwischenraumes zwischen dem ersten und dem zweiten Heizelement kann kleiner, gleich oder größer als eine Dicke des ersten und/oder zweiten Heizelementes sein.
In einer konkreten Ausführungsform bildet die Polymerschicht einen PTC- Widerstand.
Das Substrat - wenn vorgesehen - dient vorzugsweise als Wärmeübertrager.
Durch die Polymerstruktur, insbesondere Polymerschicht, kann insgesamt eine große (aktiv) beheizbare Oberfläche realisiert werden, wodurch eine notwendige Oberflächentemperatur bei gleichbleibender Gesamt-Heizleistung und
gleichbleibendem Gesamt-Bauraum abgesenkt werden kann. Bei (maximalen) Oberflächentemperaturen von beispielsweise unter 200 °C sind dann trotzdem noch vergleichsweise hohe Gesamt-Heizleistungen möglich.
Das (jeweilige)Substrat kann zumindest abschnittsweise, vorzugsweise
vollständig, aus Kunststoff, insbesondere einem Polymer wie beispielsweise Polyetherketon und/oder Polyamid, gefertigt sein. Besonders bevorzugt ist eine Fertigung aus Polyethylen (PE) und/oder Polypropylen (PP) und/oder
Polyetheretherketon (PEEK) und/oder (kurz-)faserverstärktem Polyamid (z. B. PA- GF).
Das Substrat kann aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt sein. Unter einem elektrisch isolierenden Material ist insbesondere ein Material zu verstehen, das bei Raumtemperatur (25 °C) eine elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10-1 S 1 m-1 (ggf. weniger als 10-8 S 1 m-1) aufweist. Entsprechend ist unter einem elektrischen Leiter bzw. einem Material (oder Beschichtung) mit
elektrischer Leitfähigkeit ein Material zu verstehen, das eine elektrische
Leitfähigkeit von vorzugsweise mindestens 10 S 1 m-1, weiter vorzugsweise mindestens 103 S 1 m-1 (bei Raumtemperatur von insbesondere 25 °C) beträgt.
Die (ggf. kohlenstoffhaltige) Polymerstruktur, insbesondere Polymerschicht, bzw. die (ggf. kohlenstoffhaltigen) Polymerstrukturen, insbesondere Polymerschichten, und/oder eine entsprechende Paste zu deren Herstellung kann/können (als insbesondere kristallines Bindemittel) mindestens ein Polymer umfassen, vorzugsweise basierend auf mindestens einem Olefin; und/oder mindestens einem Copolymer von mindestens einem Olefin und mindestens einem Monomer, das damit copolymerisiert werden kann, z. B. Ethylen/Acrylsäure und/oder
Ethylen/Ethylacrylat und/oder Ethylen/Vinylacetat; und/oder mindestens einem Polyalkenamer (Polyacetylen bzw. Polyalkenylen), wie z. B. Polyoctenamer;
und/oder mindestens einem, insbesondere schmelzverformbaren, Fluorpolymer, wie z. B. Polyvinylidenfluorid und/oder Copolymere davon.
Im Allgemeinen kann die (jeweilige) Polymerstruktur, insbesondere
Polymerschicht, eine durchgehende Fläche (ohne Unterbrechungen) aufweisen oder strukturiert sein, beispielsweise Lücken (Durchbrüche) aufweisen oder Ausnehmungen.
Ein Grundriss des jeweiligen Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann vieleckig, insbesondere viereckig, vorzugsweise rechteckig oder oval, insbesondere elliptisch, vorzugsweise (kreis-) rund sein.
Mindestens ein Zwischenraum (ggf. mehrere oder alle Zwischenräume) kann (können) durch (genau) zwei oder mehr Heizelemente begrenzt werden. Ein Querschnitt des Zwischenraums (allgemein Fluidkanals) kann vieleckig, insbesondere viereckig, vorzugsweise rechteckig oder oval, insbesondere elliptisch, vorzugsweise (kreis-) rund sein.
Ein Querschnitt innerhalb eines Zwischenraumes (Fluidkanals) kann variieren oder konstant sein (über dessen Länge). Auch Querschnitte verschiedener
Zwischenräume bzw. Fluidkanäle (also Zwischenräume bzw. Fluidkanäle, die nicht durch dasselbe Paar oder dieselbe Gruppe von Heizelementen ausgebildet werden) können voneinander abweichen oder gleich sein. Beispielsweise können Querschnitte der Zwischenräume bzw. Fluidkanäle schlitzförmig (insbesondere als Rechteck-Schlitze) ausgebildet sein.
Grundsätzlich ist der Begriff „leitfähig" hinsichtlich der leitfähigen Komponenten des Heizgerätes als Abkürzung für„elektrisch leitfähig" zu verstehen.
Das Fluidheizgerät ist vorzugsweise für einen Betrieb im Niedervoltbereich (z. B.
< 100 Volt oder < 60 Volt) ausgelegt. Alternativ kann das Fluidheizgerät für den Hochvoltbereich (z. B. > 100 Volt, vorzugsweise > 400 Volt, ggf. größer 800 V) ausgelegt sein.
Das Heizgerät kann für einen Betrieb mit Gleich- und/oder Wechselspannung und/oder PWM ausgelegt sein.
Das Substrat bzw. die Substrate können als Platte, insbesondere Kunststoffplatte, ausgebildet sein und/oder eine Dicke von mindestens 0, 1 mm, vorzugsweise mindestens 0,5 mm, weiter vorzugsweise mindestens 1,0 mm und/oder höchstens 5,0 mm, weiter vorzugsweise höchstens 3,0 mm aufweisen. Bei der jeweiligen Dicke handelt es sich insbesondere um eine durchschnittliche Dicke oder eine Dicke des größten Bereichs mit konstanter Dicke.
Eine (Schicht-) Dicke der jeweiligen Polymerschicht kann < 1 mm, vorzugsweise
< 0,5 mm, noch weiter vorzugsweise < 0,2 mm betragen.
Die Polymerschicht (zumindest eines der Heizelemente, vorzugsweise mehrerer oder aller der Heizelemente) kann (zumindest im Durchschnitt) dünner sein als das entsprechende Substrat, beispielsweise um den Faktor 1,1; weiter
vorzugsweise um den Faktor 1,5.
Die (jeweilige) Polymerschicht ist vorzugsweise über mindestens 20 %, weiter vorzugsweise mindestens 50 %, noch weiter vorzugsweise mindestens 80 % einer der Polymerschicht zugewandten Oberfläche des Substrats mit dem (jeweiligen) Substrat in Kontakt. Dadurch kann effektiv Wärme über das Substrat (das dann als weiterer Wärmeübertrager dient) übertragen werden.
Die (jeweilige) Polymerstruktur (Polymerschicht) und/oder das (jeweilige)
Substrat können zumindest im Wesentlichen plan ausgebildet sein. Für eine verbesserte Wärmeübertragung können Erhebungen (Vertiefungen) vorgesehen sein. Der Anteil der leitfähigen Komponente bzw. der Kohlenstoffanteil in der Polymerschicht mindestens eines Heizelementes (vorzugsweise mehrerer oder aller Heizelemente) kann so ausgebildet sein, dass er einen Stromfluss erlaubt (z. B. in Partikelform, wobei sich die Partikel entsprechend berühren oder nahe beieinanderliegen).
Insgesamt ermöglicht es die Erfindung Heizelemente (insbesondere in
elektrischen Heizlamellen) mit definiertem Abstand zu stapeln und zu bestromen, wobei die Heizelemente (Lamellen) vorzugsweise mit einem spanlosen
Fertigungsverfahren (wie beispielsweise einem Stanz- und/oder Biegeprozess) eine Endkontur aufweisen können, die beim Aneinanderfügen der Heizelemente (Lamellen) einen definierten Abstand einstellen und erhalten kann und ggf.
gleichzeitig eine Kontaktfläche für die Elektrode(n) des jeweiligen Heizelementes (der jeweiligen Heizlamelle) als stromführende Brücke darstellt. Die Heizelemente (Lamellen) können unterschiedliche Konturen aufweisen, wie beispielsweise eine Öffnung (Durchzug) mit einem Bund (ggf. zum Auffädeln auf einen
(stabförmigen) Träger, wobei der Bund vorzugsweise als Abstandshalter zwischen den Heizelementen (Lamellen) dient oder eine Rollierung bzw. Umbördelung an einem Ende des Heizelementes (der Lamelle), die vorzugsweise durch ihren Durchmesser bzw. ihre Höhe einen Abstand zwischen den Heizelementen
(Lamellen) definiert.
Eine elektrische Verbindung wird vorzugsweise durch eine Kontaktfläche zwischen dem oben erwähnten Bund und einem Träger bzw. der oben erwähnten Rollierung bzw. Umbördelung und einer (flachen) Brücke geschaffen. Eine elektrische Verbindung kann entweder durch ein form- und/oder kraftschlüssiges
Fertigungsverfahren (z. B. Andrücken, Löten und/oder Schweißen) erfolgen.
Insgesamt kann auf kostengünstige Art und Weise ein Stapeln von Heizelementen (Heizlamellen) mit definiertem Abstand erfolgen. Gegebenenfalls kann eine Funktionsintegration durch eine gleichzeitige elektrische Kontaktierung der Heizelemente (Heizlamellen) an dem Abstandshalter erreicht werden.
Insbesondere können ggf. zusätzliche Teile für die Abstandshalter und/oder eine elektrische Verbindung der Heizelemente mit der Brücke vermieden werden.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Hierbei zeigen :
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Heizgerätes in einer Ansicht von oben (schematisch);
Fig. 2 die Ausführungsform gemäß Fig. 2 in einer schematischen Ansicht von der Seite;
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgerätes in einer schematischen Ansicht von oben; und
Fig. 4 die Ausführungsform gemäß Fig. 3 in einer schematischen
Schnittdarstellung.
In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Heizgerätes. Das Heizgerät umfasst mehrere (beispielsweise vier) Heizelemente 10a-10d. Die Heizelemente sind gemäß Fig. 2 identisch aufgebaut (was nicht der Fall sein muss). Jedes der Heizelemente 10a-10d umfasst einen (plattenförmigen) Hauptkörper 11 sowie (jeweils) zwei (randseitige) Abstandshalter 12a, 12b.
Die Abstandshalter 12a, 12b sind durch eine (Um-) Bördelung aus dem entsprechenden Heizelement (integral) ausgeformt und definieren einen Abstand der Heizelemente 10a-10d bzw. deren Hauptkörper 11 gegeneinander. Die
Abstandshalter 12a der Heizelemente 10a-10d sind in (mechanischem und elektrischem) Kontakt mit einem Brückenelement 13a, das beispielsweise aus Metall (oder einem sonstigen leitfähigen Material) ausgebildet sein kann. Das Brückenelement 13a ist hier mit einem Minus-Pol verbunden. Entsprechend sind die Abstandshalter 12b der Heizelemente 10a-10d mit einem Brückenelement 13b verbunden, das wiederum an einen Plus-Pol angeschlossen ist. Das
Brückenelement 13b kann identisch zum Brückenelement 13a aufgebaut sein.
Die Brückenelemente 13a, 13b können (jeweils) als Platte und/oder Streifen und/oder Leiste und/oder Stab und/oder Gitter ausgebildet sein.
Die Heizelemente 10a-10d können (jeweils) aus einer leitfähigen Polymerstruktur aufgebaut sein oder eine solche umfassen. Im letzteren Fall können die
Heizelemente 10a-10d (jeweils) ein Substrat aufweisen (das ggf. elektrisch nicht leitfähig ist), auf dem eine leitfähige Polymerbeschichtung (gestrichelt
angedeutet) als Polymerstruktur 14 vorgesehen ist. Die jeweilige Polymerstruktur 14 ist gemäß Fig. 2 nur auf einer Seite des jeweiligen Hauptkörpers 11
vorgesehen, kann jedoch auch beispielsweise auf beiden Seiten und/oder
(zumindest teilweise) auf den Abstandshaltern 12a und/oder 12b vorgesehen sein.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizgerätes. Auch hier sind mehrere (beispielsweise drei) Heizelemente 10a, 10b und 10c vorgesehen (und zwar vorzugsweise übereinander gestapelt). Jedes der Heizelemente 10a, 10b und 10c umfasst zwei Öffnungen 15a, 15b, die von entsprechenden Abstandshaltern 12a, 12b umrandet werden. Die Abstandshalter 12a, 12b sind hier als Bund ausgebildet, der einen Abstand zur nächsten Lamelle definiert. Durch die Öffnung 15a ist ein Brückenelement 16a geführt. Durch die Öffnungen 12b ist ein Brückenelement 16b geführt. Die Brückenelemente 16a, 16b kontaktieren vorzugsweise (mechanisch und elektrisch) die Abstandshalter 12a bzw. 12b.
Die Brückenelemente 16a, 16b können an ihren (jeweiligen) Enden 17 einem (nicht gezeigten) Fixierungsmittel, wie beispielsweise einer Schraubenmutter oder dergleichen, zugeordnet sein, um den Stapel aus den Heizelementen 10a, 10b und 10c zusammenzuhalten. Ggf. kann auch (jeweils) ein Ende der
Brückenelemente 16a, 16b mit einer Aufweitung versehen sein, die auf einer Seite des Stapels aus Heizelementen 10a-10c diesen Stapel hält. Auf der anderen Seite kann dann beispielsweise eine (Schraub-) Mutter zum (Zusammen-)Halten des genannten Stapels aufgeschraubt werden. Andere Halteeinrichtungen sind vorstellbar.
In Fig. 3 ist schematisch (gestrichelt) eine Polymerbeschichtung als
Polymerstruktur 14 angedeutet. Die Polymerbeschichtung kann sich auch über weniger oder mehr (beispielsweise das jeweilige gesamte) Heizelement 10a, 10b bzw. 10c erstrecken (einseitig oder beidseitig). Auch hier können optional die Abstandshalter 12a, 12b als solche (zumindest teilweise) eine Polymerstruktur umfassen oder aus einer solchen aufgebaut sein. Grundsätzlich können die Heizelemente 10a, 10b bzw. 10c auch (vollständig) aus einer leitfähigen
Polymerstruktur aufgebaut sein (alternativ: ein Substrat sowie eine darauf aufgebrachte Polymerstruktur, insbesondere Polymerbeschichtung umfassen).
Zwischen den einzelnen Heizelementen 10a-10d (gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2) bzw. 10a-10c (gemäß den Ausführungsformen nach Fig. 3 und 4) sind jeweils Zwischenräume 18 vorgesehen, durch die Fluid zu dessen
Aufheizung strömbar ist. Bei dem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit oder ein Gas, insbesondere Wasser oder Luft handeln.
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. Bezugszeichen
10a, 10b, 10c, lOd Heizelement
11 Hauptkörper
12a Abstandshalter
12b Abstandshalter
13a Brückenelement
13b Brückenelement
14 Polymerstruktur
15a, 15b Öffnung
16a, 16b Brückenelement
17 Ende
18 Zwischenraum

Claims

Ansprüche
1. Elektrisches Heizgerät, insbesondere Flüssigkeits- oder Luftheizgerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein erstes Heizelement (10a) mit einem entsprechenden Hauptkörper (11) und mindestens ein zweites Heizelement (10b) mit einem entsprechenden Hauptkörper (11), wobei zwischen den Heizelementen (10a, 10b) ein Zwischenraum (18) ausgebildet ist, durch den Fluid zu dessen Aufheizung strömbar ist, wobei die Heizelemente (10a, 10b) über mindestens einen zwischen ihnen angeordneten, insbesondere leitfähigen, Abstandshalter (12a, 12b) miteinander verbunden sind, wobei der Abstandshalter (12a, 12b) ein fester Bestandteil des ersten Heizelementes (10a) ist.
2. Heizgerät nach Anspruch 1,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass,
der Abstandshalter (12a, 12b) unlösbar mit dem Hauptkörper (11) des ersten Heizelementes (10a) verbunden ist und/oder
Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem Hauptkörper (11) des ersten Heizelementes (10a) verbunden ist und/oder
integraler, insbesondere monolithisch angeformter, Bestandteil des ersten
Heizelementes (10a) ist.
3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass,
die Heizelemente (10a, 10b) jeweils eine Polymerstruktur (14), die eine Polymerkomponente und eine leitfähige Komponente, insbesondere Kohlenstoffkomponente, enthält, umfassen, und/oder
vorzugsweise jeweils ein, insbesondere isolierendes, Substrat und/oder als Polymerstruktur eine Polymerschicht, umfassen.
4. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
das erste (10a) und/oder zweite (10b) Heizelement über den
Abstandshalter (12a, 12b), ggf. ausschließlich über den Abstandshalter (12a, 12b), elektrisch kontaktiert werden.
5. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass der Abstandshalter (12a, 12b) aus dem ersten Heizelement (10a) durch Schneiden und/oder Stanzen und/oder Biegen geformt ist.
6. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
der Abstandshalter (12a, 12b) in elektrischem und/oder mechanischem Kontakt mit einem das erste (10a) und das zweite (10a) Heizelement elektrisch und/oder mechanisch verbindenden Träger- und/oder
Brückenelement (13a, 13b; 16a, 16b) ist, wobei eine Verbindung zwischen Abstandshalter (12a, 12b) und Träger- und/oder
Brückenelement (13a, 13b; 16a, 16b) vorzugsweise kraft- und/oder stoffschlüssig ist, beispielsweise durch Andrücken und/oder Löten und/oder Schweißen, insbesondere Laserschweißen, bereitgestellt ist.
7. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
das erste Heizelement (10a) mindestens eine Öffnung (15a, 15b) zum Aufnehmen eines, insbesondere stabförmigen, vorzugsweise leitenden, Träger- und/oder Brückenelementes (16a, 16b) aufweist, wobei der mindestens eine Abstandshalter (12a, 12b) vorzugsweise zumindest teilweise um die Öffnung (15a, 15b) herum angeordnet ist.
8. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
der Abstandshalter (12a, 12b) an einem Rand des ersten Heizelementes (10a) ausgebildet ist, insbesondere durch eine Rollierung und/oder Umbördelung.
9. Heizgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
mindestens drei Heizelemente (10a, 10b, 10c) oder mindestens vier Heizelemente (10a, 10b, 10c, lOd) mit entsprechenden Zwischenräumen (18) und ggf. Abstandshaltern (12a, 12b) vorgesehen sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Heizgerätes, vorzugsweise Flüssigkeits- oder Luftheizgerätes, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend ein erstes Heizelement (10a) mit einem entsprechenden Hauptkörper (11) und mindestens ein zweites Heizelement (10b) mit einem entsprechenden Hauptkörper (11), wobei zwischen den Heizelementen (10a, 10b) ein Zwischenraum (18) ausgebildet ist, durch den Fluid zu seiner Aufheizung strömbar ist, wobei mindestens ein Abstandshalter (12a, 12b) als fester Bestandteil des ersten Heizelementes (10a) ausgebildet wird derart, dass der
Abstandhalter (12a, 12b) das erste (10a) und das zweite (10b)
Heizelement voneinander beabstandet.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass,
der Abstandshalter (12a, 12b) unlösbar mit dem Hauptkörper (11) des ersten Heizelementes (10a) verbunden wird und/oder
Stoff-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem Hauptkörper (11) des ersten Heizelementes (10a) verbunden wird und/oder
als integraler, insbesondere monolithisch angeformter, Bestandteil des ersten Heizelementes (10a) ausgebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass,
wobei die Heizelemente (10a, 10b) jeweils eine Polymerstruktur (14), die eine Polymerkomponente und eine leitfähige Komponente, insbesondere Kohlenstoffkomponente, enthält, umfassen, und/oder
vorzugsweise jeweils ein, insbesondere isolierendes, Substrat und/oder als Polymerstruktur (14) eine Polymerschicht, umfassen.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
der Abstandshalter (12a, 12b) aus dem ersten Heizelement (10a) durch Schneiden und/oder Stanzen und/oder Biegen geformt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
d a d u rc h g e ke n n ze i ch n et, dass
der Abstandshalter (12a, 12b) in elektrischen und/oder mechanischen Kontakt mit einem das erste (10a) und das zweite (10b) Heizelement elektrisch und/oder mechanisch verbindenden Träger- und/oder
Brückenelement (13a, 13b; 16a, 16b) gebracht wird, wobei eine
Verbindung zwischen Abstandshalter (12a, 12b) und Träger- und/oder Brückenelement (13a, 13b; 16a, 16b) vorzugsweise kraft- und/oder stoffschlüssig erfolgt, beispielsweise durch Andrücken und/oder Löten und/oder Schweißen, insbesondere Laserschweißen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
der Abstandshalter (12a, 12b) an einem Rand des ersten Heizelementes (10a) ausgebildet wird, insbesondere durch eine Rollierung und/oder Umbördelung.
16. Verfahren zum Betreiben eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche
1 bis 9 oder hergestellt nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei Fluid, insbesondere Luft oder eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, durch den mindestens einen Zwischenraum (18) strömt und dabei aufgeheizt wird .
17. Verwendung eines Heizgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 10 bis 15 zum Aufheizen von Fluid, insbesondere Luft oder einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise für einen
Kraftfahrzeuginnenraum.
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