EP3772867A1

EP3772867A1 - Elektrische heizvorrichtung und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: EP3772867A1
Application number: EP20189622.2A
Authority: EP
Inventors: Michael Niederer; Sascha Hort
Original assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Priority date: 2019-08-06
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2040-08-05
Also published as: EP3772867B1; US20210045194A1; US12052801B2; CN112351520B; CN112351520A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung (2) umfassend ein Gehäuse (16) mit einer Trennwand (24), die eine Anschlusskammer (28) von einer Heizkammer (30) zur Abgabe von Wärme trennt und von der zumindest ein PTC-Heizelement (12) mit einem Heizelementgehäuse (14) in Richtung auf die Heizkammer (30) abragt, in dem zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung des PTC-Elementes (12) mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen, die in der Anschlusskammer (28) elektrisch angeschlossen sind, isoliert abgestützt sind. Zur verbesserten Halterung des PTC-Heizelementes (12) wird ein das Heizelementgehäuse (14) umgreifendes Halteelement (2) vorgeschlagen, das mit der Trennwand (24) an ihrer der Heizkammer (30) zugewandten Seite und mit dem Heizelementgehäuse (14) verbunden ist.Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen elektrischen Heizvorrichtung (2), bei dem zunächst ein Gehäuse (16) mit einer Trennwand (24), die eine Anschlusskammer (28) von einer Heizkammer (30) zur Abgabe von Wärme trennt, und zumindest ein PTC-Heizelement (12) mit einem Heizelementgehäuse (14), in dem zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung des PTC-Elementes mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen, die isoliert in dem Heizelementgehäuse (14) abgestützt sind, hergestellt werden, das PTC-Heizelement (12) dann in eine Heizelementaufnahme der Trennwand (24) eingebracht wird, so dass es in Richtung auf die Heizkammer (30) von der der Trennwand (24) abragt, und schließlich ein mit dem Heizelementgehäuse (14) zusammenwirkendes Halteelement (2) über das Heizelementgehäuse (14) geschoben und mit der Trennwand (24) an ihrer der Heizkammer (30) zugewandten Seite verbunden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse, welches eine Trennwand aufweist, die eine Anschlusskammer von einer Heizkammer zur Abgabe von Wärme trennt. Von der Trennwand ragt zumindest ein PTC-Element in Richtung auf die Heizkammer ab. Dieses PTC-Heizelement liegt nach Art einer Heizrippe in der Heizkammer frei. Das PTC-Heizelement hat zumindest ein PTC-Element und elektrisch leitend damit verbundene Leiterbahnen, die unterschiedlichen Polaritäten zur Bestromung des PTC-Elementes zugeordnet sind. Diese Leiterbahnen sind in der Anschlusskammer elektrisch an den Leistungsstrom angeschlossen.
Eine derartige Heizvorrichtung ist beispielsweise aus EP 1 872 986 A1 oder EP 2 337 425 A1 bekannt. Eine andere ebenfalls gattungsgemäße elektrische Heizvorrichtung ist aus EP 3 334 242 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird das PTC-Heizelement zunächst als separates Bauteil hergestellt und als solches in eine Heizelementaufnahme, die an der Trennwand ausgebildet ist, eingesetzt, so dass das anschlussseitige Ende des Heizelementgehäuses abgedichtet in der Heizelementaufnahme der Trennwand aufgenommen ist und die Leiterbahnen mit ihren freien, anschlussseitigen Enden in der Anschlusskammer freiliegen, um dort elektrisch angeschlossen zu werden.
Bei dem zuvor erwähnten Stand der Technik wird das so vormontierte PTC-Heizelement reibschlüssig in der Heizelementaufnahme gehalten. Das PTC-Heizelement hat dafür eine durch das Heizelementgehäuse ausgebildete Labyrinthdichtung, die in die Heizelementaufnahme eingepresst ist.
Nach der Lehre von EP 3 334 242 A1 soll die Befestigung des PTC-Heizelementes zumindest für die Montage der einzelnen Komponenten der vorbekannten elektrischen Heizvorrichtung tauglich sein. Nach der Montage sämtlicher Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung stützt sich das PTC-Heizelement auf seiner der Anschlussseite gegenüberliegenden Unterseite an einem Boden ab, der bei dem zuvor diskutierten Beispiel die Heizkammer abschließt. So wird das PTC-Heizelement zwischen dem Boden und der Heizelementaufnahme geklemmt und in seiner Einbaulage gesichert.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte elektrische Heizvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben.
Zur Lösung dieses Problems schlägt die vorliegende Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Diese hat ein Halteelement, welches das Heizelementgehäuse umgreift. Das Halteelement hat hierfür eine Aufnahmeöffnung, die das Heizelementgehäuse üblicherweise umfänglich umgibt und dieses so umgreift, dass eine mechanische Verbindung zwischen dem Heizelementgehäuse und dem Halteelement bewirkt wird. Eine solche Verbindung ist üblicherweise eine zumindest kraft- bzw. reibschlüssig wirkende Verbindung. Dies bietet den Vorteil, dass das Heizelementgehäuse zunächst im Rahmen der Herstellung, beispielsweise mit dem separat vorbereiteten Gehäuse, speziell mit der Trennwand der elektrischen Heizvorrichtung gefügt werden, beispielsweise steckverbunden werden kann, wie dies nach EP 3 334 242 A1 grundsätzlich bekannt ist, und durch Aufschieben des Halteelementes auf das Heizelementgehäuse von der Heizkammerseite her ein Umgreifen des Heizelementgehäuses durch das Heizelement erfolgt. Hierzu hat das Halteelement üblicherweise an der Außenfläche des Heizelementgehäuses anliegende Haltevorsprünge beispielsweise in Form von elastischen, mit der Außenfläche des Heizelementgehäuses zusammenwirkende Federzungen.
Das erfindungsgemäße Halteelement ist mit der Trennwand an ihrer der Heizkammer zugewandten Seite verbunden. Insbesondere durch den zuvor erwähnten Kraft- bzw. Reibschluss ist das Halteelement ferner mit dem Heizelementgehäuse verbunden. So bewirkt das Halteelement eine mechanische Sicherung des Heizelementgehäuses gegenüber dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung und damit der Trennwand.
Die vorliegende Erfindung eignet sich auch zur mechanischen Befestigung von Heizelementen, die anders als mittels Steckkontaktierung gemäß EP 3 334 242 A1 mit dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung und damit deren Trennwand verbunden sind. Die erfindungsgemäße Lösung bietet durch das Halteelement eine zusätzliche Sicherungsmöglichkeit des Heizelementgehäuses gegenüber dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung, auch wenn diese einteilig mit der Trennwand ausgebildet oder stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen mit dieser verbunden ist. Ein Dichtelement sorgt in der Regel für die Abdichtung des PTC-Heizelements in der Heizelementaufnahme der Trennwand gehalten. Dabei ist üblicherweise jedes PTC-Heizelement mit einem Dichtelement versehen, wohingegen für sämtliche PTC-Heizelemente der Heizvorrichtung üblicherweise lediglich ein Halteelement vorgesehen ist.
Allerdings bringt die erfindungsgemäße Lösung besondere Vorteile in Verbindung mit steckkontaktierten in der Trennwand gehaltenen oder zumindest abgedichtet darin aufgenommenen Heizelementgehäusen, die zunächst separat hergestellt sind. Denn das Halteelement kann solche Heizelementgehäuse dauerhaft und zuverlässig gegenüber dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung mechanisch befestigen und damit sichern. Dazu ist es üblicherweise lediglich notwendig, das Halteelement von der Heizkammerseite über das Heizelementgehäuse zu schieben und mit dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung zu verbinden.
Die Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Heizelementgehäuse ist bevorzugt - wie zuvor bereits vermittelt - eine kraftschlüssige Verbindung. Bevorzugt wird das Halteelement aber auch kraftschlüssig mit der Trennwand und damit dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung verbunden. So kann durch Aufschieben des Halteelementes und Anlegen des Halteelementes gegen die Trennwand eine solide mechanische Verbindung geschaffen werden. Diese Verbindung kann dadurch erfolgen, dass das an die Trennwand angelegte Halteelement nachträglich verstemmt oder andersartig umgeformt und/oder verbunden wird. Bevorzugt ist das Halteelement allerdings allein durch Anlegen und Andrücken gegen die Trennwand mit dem Gehäuse der Heizvorrichtung verbunden. So muss das Halteelement lediglich über das Heizelementgehäuse geschoben und mit einer gewissen Anpresskraft, beispielsweise gegen die Trennwand angelegt werden, um das Halteelement in seine Einbaulage zu verbringen und damit mit dem Heizelementgehäuse einerseits und der Trennwand andererseits mechanisch zu verbinden.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet darüber hinaus den Vorteil, dass das Halteelement als Abschirmung mit dem Heizelementgehäuse zusammenwirken kann, um dieses elektrisch beispielsweise an einen Massepol oder an Masse anzuschließen, die über das Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung bereitgestellt wird. Dazu kann das Gehäuse ganz oder teilweise elektrisch leitend sein. Es kann auch lediglich einen Massepol halten und festlegen, mit dem das Halteelement in der Einbaulage elektrisch verbunden ist. Die Abschirmung des PTC-Elementes innerhalb des Heizelementgehäuses bedingt eine Heizelementabschirmung, die Teil des Heizelementgehäuses ist. Eine solche Abschirmung kann beispielsweise durch eine das PTC-Element umschließende Umhüllung gebildet sein. Bei dieser Umhüllung kann es sich um eine elektrisch leitende, bevorzugt aus Metall ausgebildete, das PTC-Element üblicherweise vollumfänglich umgebende Ausgestaltung handeln. Eine solche Ausgestaltung kann als Abschirmgitter mit einem Kunststoffgehäuse verbunden sein, welches das PTC-Heizelement und die Kontaktbleche zu einer Einheit fügt, wie dies aus EP 3 334 242 A1 bekannt ist.
Eine solche, das PTC-Element umschließende Umhüllung aus einem elektrisch leitenden Material ist beispielsweise aus US 2008/0173637 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik werden das PTC-Element und die elektrisch leitend daran anliegenden Leiterbahnen jeweils unter Zwischenlage einer Isolierschicht in ein Rohr mit rechteckiger Querschnittsfläche eingebracht, dessen Innenfläche wärmeleitend an die Isolierlage und damit mittelbar an eine der Wärmeauskopplungsflächen der PTC-Elemente innerhalb des Rohres angelegt wird. Auch ein solcher Heizstab bietet eine Möglichkeit zur Ausbildung einer das PTC-Element umschließenden Umhüllung. Dazu muss der Heizstab nicht notwendigerweise an seinem freien, der Trennwand abgewandten unteren Ende mit einem abschirmenden Element verschlossen sein, wenngleich ein solches Element als Stopfen zur Ausbildung einer vollständigen Umhüllung zu bevorzugen ist.
Die Abschirmung kann aber auch durch eine das zumindest eine PTC-Element und die beiden Leiterbahnen vollumfänglich einsiegelnde Tasche gebildet sein, die an ihrer Unterseite verschlossen ist und auch ansonsten das PTC-Element und die Leiterbahnen abgedichtet umschließt, wobei elektrische Kontaktzungen, die üblicherweise einteilig von die Leiterbahnen ausbildenden Kontaktblechen ausgeformt sind, die Außenseite der Tasche überragen.
Eine solche Tasche kann beispielsweise aus einem Blechmaterial gebildet sein, das zunächst als Rohr vorbereitet, danach mit den PTC-Element und den Leiterbahnen bestückt und danach umgeformt wird, so dass Wärmeauskopplungsflächen des PTC-Elementes wärmeleitend mit Innenflächen der Tasche in Kontakt stehen. Zusätzlich oder alternativ kann die Tasche auch mit einer wärmeleitfähigen Masse, beispielsweise einer Silikonmasse gefüllt werden, um die Innenfläche der Tasche möglichst gut wärmeleitend mit den Wärmeauskopplungsflächen des PTC-Elementes zu verbinden. Es versteht sich, dass ein solches PTC-Element und die damit elektrisch leitend verbundenen Leiterbahnen innerhalb einer solchen für sich elektrisch leitenden Tasche isoliert abgestützt sind. Hierzu können die Leiterbahnen, das PTC-Element und üblicherweise beidseitig an Hauptseitenflächen des PTC-Elementes, die die größten Seitenflächen des PTC-Elementes sind und dementsprechend die maßgeblichen Wärmeauskopplungsflächen bilden, anliegende Isolierlagen in einer Halterung aus einem isolierenden Material vormontiert sein, die in die Tasche eingebracht wird. Ebenso gut ist es möglich, die Tasche mit den Isolierlagen und den Kontaktblechen, die die Leiterbahnen ausbilden, zu bestücken und das bzw. die PTC-Elemente zwischen den Leiterbahnen anzuordnen, wobei bevorzugt anschließend die Tasche von außen umgeformt wird, um die Innenwände mit guter Wärmeleitfähigkeit unter Zwischenlage der Isolierlagen und der Leiterbahnen gegen die Wärmeauskopplungsflächen des PTC-Elementes anzulegen. Danach mag die Tasche mit der wärmeleitfähigen Masse ausgefüllt werden.
Die zuvor erwähnte Tasche hüllt jedenfalls die elektrisch leitenden Elemente des PTC-Heizelement umfänglich ein und bietet darüber hinaus durch den metallischen Werkstoff der Tasche eine elektrisch abschirmende Umhüllung für das zumindest eine PTC-Element innerhalb der Tasche. Durch das diese Umhüllung umgreifende Halteelement, das elektrisch leitend mit der Umhüllung verbunden ist, ergibt sich eine äußere Kontaktierung der Abschirmung über das Halteelement, welches wiederum an einen Massepol, der der Trennwand zugeordnet oder durch diese ausgebildet ist, angeschlossen werden kann. So müssen in derAnschlusskammer für jedes einzelne Heizelementgehäuse lediglich die üblicherweise zwei Anschlussfahnen der beiden Leiterbahnen je Heizelement elektrisch angeschlossen werden. Insbesondere bei mehreren PTC-Heizelementen ergibt sich ein vereinfachter Anschluss derselben an die Abschirmung durch Aufschieben des Halteelementes auf sämtliche Heizelementgehäuse. Diese sind dazu bevorzugt identisch ausgebildet und ragen dementsprechend mit gleicher Länge von der üblicherweise eben ausgebildeten Trennwand ab.
Die zuvor erwähnte Abschirmung erstreckt sich bevorzugt auch über die Anschlusskammer, die hierzu eine diese Anschlusskammer elektromagnetisch abschirmende Anschlusskammer-Abschirmung aufweist. Diese Abschirmung kann dadurch gebildet sein, dass die die Anschlusskammer ausbildenden Gehäuseteile für sich aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus Metall, hergestellt sind. Die Trennwand kann anschlusskammerseitig dazu einteilig mit einem umlaufenden Rand ausgeformt sein, der mit einem metallischen Gehäusedeckel zu der Anschlusskammer versehen ist, wie dies beispielsweise aus EP 3 334 242 A1 bekannt ist, um die Anschlusskammer auch abzudichten, so dass keine Feuchtigkeit und keine Verschmutzung in die Anschlusskammer gelangen kann.
Ebenso gut können die Trennwand und Teile des Gehäuses aus Kunststoff mit einer damit verbundenen Abschirmung ausgebildet sein. Die Abschirmung kann durch Umspritzen in dem Kunststoffgehäuse angeordnet sein. Dem Fachmann sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die Anschlusskammer und/oder die Trennwand mit einer elektromagnetischen wirksamen Abschirmung zu versehen. Diese Abschirmung ist elektrisch leitend mit dem Halteelement verbunden, so dass sich die Abschirmung von den Heizelementen über das Halteelement zu der Anschlusskammer-Abschirmung erstreckt. Damit ist ein wirksamer EMV-Schutz für die elektrische Heizvorrichtung gegeben.
Zur einfachen elektrischen Kontaktierung der Abschirmumhüllung mit dem Halteelement weist das Gehäuse zumindest einen, das Halteelement außenseitig umgegebenen Verriegelungsvorsprung auf. Dieser Verriegelungsvorsprung wird üblicherweise einteilig durch das die Trennwand ausformende Gehäuse ausgebildet. Das Halteelement hat eine Gehäuse-Anschlusszunge, die unter Vorspannung an dem Verriegelungsvorsprung anliegt. Die Ausgestaltung ist dabei bevorzugt so gewählt, dass nach dem Aufschieben des Halteelementes auf das Heizelementgehäuse des Halteelements auch elektrisch über die Gehäuse-Anschlusszungen mit dem Gehäuse verbunden ist. Die Gehäuse-Anschlusszunge legt sich dabei üblicherweise unter elastischer Vorspannung gegen eine Fläche des Verriegelungsvorsprungs an, üblicherweise kratzt die Gehäuse-Anschlusszunge beim Aufschieben des Halteelementes auf das Heizelementgehäuse an der entsprechenden Fläche entlang.
Im Hinblick auf eine möglichst gute elektrische Kontaktierung sind üblicherweise mehrere, durch das Gehäuse ausgebildete Verriegelungsvorsprünge und mehrere diesen zugeordneten Gehäuse-Anschlusszungen vorgesehen. Im Übrigen ist es zu bevorzugen, das Halteelement nicht nur kraft- sondern auch formschlüssig mit der Trennwand bzw. dem die Trennwand ausformenden Gehäuse zu verbinden. So haben das Halteelement und das Gehäuse bevorzugt einander zugeordnete Funktionsflächen, die so zusammenwirken, dass das Halteelement in seiner Einbaulage in vorbestimmter Anordnung und Ausrichtung relativ zu der Trennwand bzw. dem Gehäuse gehalten ist.
Dazu kann beispielsweise die Trennwand einen Kragen ausbilden, der bevorzugt das zumindest eine Heizelementgehäuse umfänglich umgibt. Dieser Kragen ist gemäß der bevorzugten Weiterbildung von dem Halteelement umgriffen. So hat das Halteelement einen zumindest abschnittsweise umlaufenden Rand, der zumindest so ausgebildet ist, dass er an gegenüberliegenden Seiten mit dem Kragen zusammenwirkt und diesen umgreift. Dadurch ist eine formschlüssige Positionierung des Halteelementes relativ zu der Trennwand gegeben. Bevorzugt läuft der Rand vollumfänglich um die äußere Kontur des Halteelementes um und wirkt mit einem ebenfalls vollumfänglich ausgebildeten Kragen zusammen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Halteelement durch ein einteiliges Blechelement gebildet. Dieses Blechelement formt die zuvor bereits beschriebene Aufnahmeöffnung aus. Durch Biege- und Stanzbearbeitung ist bevorzugt auch der zuvor diskutierte Rand an dem Blechelement ausgeformt. Gleichwohl ist das Halteelement bevorzugt im Wesentlichen flach und baut in Höhenrichtung des PTC-Heizelementes nicht oder nur geringfügig auf. Durch Stanzen und Biegen ist zumindest eine, bevorzugt sind mehrere Kontaktzungen vorgesehen, die in der Aufnahmeöffnung freiliegen und unter elastischer Vorspannung an dem Heizelementgehäuse anliegen. Die Kontaktzunge unterscheidet sich dadurch von dem Federsegment, dass erstere auch einen elektrischen Kontakt mit der Außenfläche zur Schaffung einer Abschirmung bewirkt. Die Kontaktzungen ragen dabei üblicherweise aus der Ebene des Blechelementes in Richtung auf das untere Ende des Heizelementgehäuses aus der Aufnahmeöffnung hervor. So flexen die Kontaktzungen beim Aufschieben des Halteelementes auf das Heizelementgehäuse entgegen der Aufschieberichtung und legen sich elastisch an die Außenfläche des Heizelementgehäuses.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12 angegeben, das bereits zuvor mit seinen wesentlichen Verfahrensschritten vorgestellt wurde. Beim Aufschieben des Halteelementes über das Heizelementgehäuse erfolgt üblicherweise eine reibschlüssige Verbindung zwischen diesen beiden Elementen, die zuvor separat hergestellt und erst nach dem Verbinden des Heizelementgehäuses mit der Trennwand miteinander gefügt werden. Üblicherweise erfolgt zunächst die Sicherung des oder der Heizelementgehäuse an der Trennwand über das Halteelement, bevor elektrische Anschlusselemente der Leiterbahnen, beispielsweise Anschlussfahnen, die einteilig durch Kontaktbleche zu den einzelnen PTC-Elementen ausgebildet werden, im Bereich der Anschlusskammer elektrisch angeschlossen werden. Zuvor kann ein Bodenelement, wie es aus EP 3 334 242 A1 bekannt ist, mit dem die Trennwand ausbildenden Gehäuse verbunden werden, um die Heizkammer als im Wesentlichen umfänglich geschlossene Zirkulationskammer mit je einem Ein- und Auslassstutzen für das zu erwärmende, üblicherweise flüssige Medium, auszuformen. In dieser Zirkulationskammer liegt das Heizelementgehäuse jedes einzelnen PTC-Heizelementes nach Art einer Heizrippe frei.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Halteelementes;
Fig. 2: eine perspektivische Seitenansicht eines eine Trennwand ausbildenden Gehäuses, welches mit mehreren PTC-Heizelementen bestückt ist, vor dem Aufschieben des Halteelementes;
Fig. 3: eine Darstellung nach Fig. 2 nach dem Aufschieben des Halteelementes;
Fig. 4: das Detail D gemäß Fig. 3 in einer vergrößerten Ansicht;
Fig. 5: eine perspektivische Seitenansicht nach dem Aufschieben des Halteelementes, wobei einige der Heizelemente zur besseren Darstellung des Sachverhaltes weggenommen wurden;
Fig. 6: das Detail F gemäß Figur 5 in vergrößerter Darstellung und
Fig. 7: eine perspektivische perspektivische Explosionsdarstellung der Komponenten des PTC-Heizelementes des Ausführungsbeispiels.

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines durch Stanzen und Biegen ausgebildeten Halteelementes 2, das eine Vielzahl von sich parallel zueinander erstreckenden, als Langloch ausgebildeten Aufnahmeöffnungen 4 aufweist, in die an gegenüberliegenden Längsseiten der Aufnahmeöffnungen 4 jeweils Kontaktzungen 6 hineinragen. An dem in Fig. 1 hinteren Längsrand des Halteelementes 2 sind Gehäuse-Anschlusszungen 8 vorgesehen. Dort sind vorliegend drei Gehäuse-Anschlusszungen 8 vorgesehen. An sich gegenüberliegenden Querseiten des in seiner Grundfläche als Parallelogramm ausgebildeten Halteelementes 2 befindet sich jeweils eine weitere Gehäuse-Anschlusszunge 8.
Das Halteelement 2 ist durch Stanzen und Biegen eines Blechmaterials ausgeformt. Dabei ragen die Gehäuse-Anschlusszungen 8 sowie die Kontaktzungen 6 zu einer Seite von dem ebenen Blechmaterial ab, wohingegen von der anderen Seite ein vollumfänglich geschlossener umfänglicher Rand 10 abragt, der aus der Ebene des Blechmaterials durch Umbiegen desselben ausgeformt ist.
Die Kontaktzungen 6 haben - wie sich insbesondere aus Fig. 4 ergibt - ein befestigungsseitiges Ende, welches mit dem Rand der Aufnahmeöffnung 4 verbunden ist und von diesem abragt, und ein freies Ende, das gegenüber einem stegförmigen, schräg von der Ebene des Blechmaterials abragenden Abschnitt noch einmal umbogen ist und sich im Wesentlichen rechtwinklig zu der Ebene des Blechmaterials erstreckt. Das freie Ende der Kontaktzunge 6 kann scharfkantig enden.
Das Halteelement 2 kann aus Messing, Stahl, Kupfer oder Aluminium gebildet sein. Es sollte ein Material ausgewählt werden, welches einerseits eine gute elektrische Leitfähigkeit hat und andererseits eine gewisse Federsteifigkeit, so dass die Kontaktzungen mit guter Anpresskraft an dem Heizelementgehäuse anliegen können.
Die PTC-Heizelemente sind in Fig. 2 mit Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Sie haben ein Heizelementgehäuse 14, das aus einem Blech ausgeformt ist und in Fig. 2 nicht dargestellte Leiterbahnen in Form von Kontaktblechen vollumfänglich einschließt, die elektrisch leitend üblicherweise mit einander gegenüberliegenden Seitenflächen eines ebenfalls nicht dargestellten PTC-Elementes kontaktiert sind. Details einer solchen Gestaltung sind EP 3 334 242 A1 zu entnehmen. Innerhalb des Heizelementgehäuses 14 befindet sich auch eine Isolierung die verhindert, dass die Kontaktbleche elektrisch mit der Innenfläche des Heizelementgehäuses 14 in Kontakt kommen. Denn das das Heizelementgehäuse 14 ausbildete Blechmaterial ist elektrisch leitend und bildet eine umfängliche, das PTC-Element umfänglich abschirmende Umhüllung aus. Über diese Umhüllung sind das PTC-Element und die Kontaktbleche auch gegenüber dem zu erwärmenden Medium gekapselt und danach getrennt, welches die Außenseite der Heizelementgehäuse zum Erwärmen anströmt, um die durch das PTC-Element erzeugte Wärme aufzunehmen und abzuführen. Die PTC-Heizelemente ragen von einem Gehäuse 16 ab, welches zu jedem PCT-Heizelement 12 eine Heizelementaufnahme 18 ausformt. In diese Heizelementaufnahme 18 ist das anschlussseitige Ende des PTC-Heizelementes 12 eingesetzt. Das Heizelementgehäuse 14 ist dazu üblicherweise an seinem Außenumfang mit einer umlaufenden Dichtung versehen, die an den die Heizelementaufnahme 18 definierenden Wänden des Gehäuses 16 abgedichtet anliegen, vgl. EP 3 334 242 A1 .
Das Gehäuse 16 kann ein metallisches Druckgussgehäuse sein. Zur Ausbildung einer Anschlusskammer-Abschirmung kann das Gehäuse 16 ebenso gut ein spritzgegossenes Kunststoffgehäuse sein, in welches eine Abschirmung eingearbeitet oder eine solche mit dem Kunststoffgehäuse verbunden ist, beispielsweise durch Umspritzen mit dem Kunststoff. An sich diagonal gegenüberliegenden Ecken des mit im Grunde mit rechteckiger Grundfläche ausgebildeten Gehäuses 16 ist zum einen ein Steckergehäuse 20 für den Leistungsstrom und zum anderen ein Steckergehäuse 22 für Steuersignale mit dem Gehäuse 16 verbunden. Die beiden Steckergehäuse 20, 22 sind aus Kunststoff hergestellt und unter Zwischenlage einer Dichtung mit dem Gehäuse 16 verbunden.
Das Gehäuse 16 ist im Grunde schalenförmig ausgebildet, wobei ein Boden der Schale eine Trennwand 24 ausformt, in welcher die Heizelementaufnahmen 18 ausgespart sind. Diese Trennwand 24 wird umfänglich von einer umlaufenden Gehäusewand 26 umgeben, die eine Aufnahmekammer umschließt. In dieser mit Bezugszeichen 28 gekennzeichneten Anschlusskammer liegen jeweils die Kontaktbleche der einzelnen PTC-Heizelemente 12 zum elektrischen Anschluss an dem Leistungsstrom frei. Die Anschlusskammer 28 nimmt üblicherweise auch eine Steuervorrichtung in sich auf, die sämtliche PTC-Heizelemente ansteuert und gegebenenfalls zu unterschiedlichen Heizkreisen gruppiert.
Auf der der Anschlusskammer 28 gegenüberliegenden Seite der Trennwand 24 ist mit Bezugszeichen 30 eine Heizkammer angedeutet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird diese Heizkammer 30 durch ein weiteres, nicht gezeigtes Gehäuseelement komplettiert, welches unter Ausschluss der Steckergehäuse 20, 22 sämtliche PTC-Heizelemente 12 umschließt und einen Boden aufweist, so dass eine Zirkulationskammer als Heizkammer gebildet ist, die durch Ein- und Auslassstutzen von außen zugänglich ist, um ein zu erwärmendes Medium in der Zirkulationskammer zu zirkulieren und an den Oberflächen der PTC-Heizelemente 12 vorbeizuführen, um das Medium zu erwärmen.
In der Fig. 2 ist das Halteelement 2 nach Fig. 1 in Verlängerung der freien Enden der PTC-Heizelemente 12 vorgesehen. Die Richtungszeile P deuten die Montagerichtung an. So wird das Halteelement 2 über die einzelnen Heizelementgehäuse 14 geschoben. Die Kontaktzungen 6 legen sich dabei an die Außenfläche der Heizelementgehäuse 14 und kontaktieren diese elektrisch. Sie schaben beim Aufbringen des Halteelementes gegen die Außenfläche des Heizelementgehäuses 14.
Die Fig. 3 zeigt die Einbaulage des Halteelementes 2. Dieses Halteelement 2 umgreift in der Einbaulage mit seinem Rand 10 einen die Trennwand 24 umfänglich umgebenden und in Fig. 2 mit Bezugszeichen 32 gekennzeichneten Kragen. Dadurch ist das Halteelement 2 relativ zu der Trennwand 24 und damit dem Gehäuse 16 positioniert. Die an den gegenüberliegenden Längsseiten der Langlöcher vorgesehenen Kontaktzungen 6 kontaktieren in dieser Einbaulage jeweils die gegenüberliegenden Hauptseitenflächen der Heizelementgehäuse 14. So ergibt sich eine elektrische Kontaktierung zwischen diesen Heizelementgehäusen 14 und dem Halteelement 2, die bei spitz zulaufender Kontaktzunge 6 auch formschlüssig wirken kann.
Wie insbesondere die Fig. 5 und 6 verdeutlichen, hat das Gehäuse 16 mehrere von der Trennwand 24 in Richtung auf die Heizkammer 30 abragende Verriegelungsvorsprünge 34, die vorliegend einteilig mit dem Druckgussgehäuse ausgeformt sind. An diesen Verriegelungsvorsprüngen 34 liegen die Gehäuse-Anschlusszungen 8 elektrisch leitend an. Beim Aufschieben des Halteelementes 2 kratzen die Gehäuse-Anschlusszungen 8 an der Oberfläche der Verriegelungsvorsprünge 34 vorbei, so dass sich einerseits eine formschlüssige, mitunter auch verkrallende und damit formschlüssige Verbindung gibt, die auch eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Halteelement 2 und dem Gehäuse 16 bewirkt.
Durch das Umgreifen des von der Trennwand 24 in Richtung auf die Anschlusskammer 28 abragenden Kragens 32 durch den umlaufenden Rand 10 des Halteelementes 2 einerseits und das Zusammenwirken der Verriegelungsvorsprünge 34 mit dem Gehäuse-Anschlusszungen 8 ergibt sich eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Halteelement 2 und dem Gehäuse 16. Diese Verbindung ist auch elektrisch leitend. Elektrisch leitend ist auch die Verbindung zwischen dem Halteelement 2 und dem Heizelementgehäuse 14. Durch die elektrisch leitenden Eigenschaften des Gehäuses 16 ergibt sich eine umfängliche Abschirmung, die die PTC-Elemente der PTC-Heizelemente 12 in sich aufnimmt und die Anschlussenden der Kontaktzungen zum elektrischen Anschluss der PCT-Elemente im Bereich der Anschlusskammer 28 umfänglich umgibt. Nach Aufbringung eines Deckels für die Anschlusskammer 28 sind sämtliche stromführenden Bauteile des Ausführungsbeispiels elektromagnetisch abgeschirmt.
Die dazu erforderlichen elektrischen Verbindungen können allein durch Aufpressen des Halteelementes 2 auf das Heizelementgehäuse 14 einerseits und das Gehäuse 16 andererseits geschaffen werden. Ansonsten sind keinerlei Befestigungsmittel oder dergleichen erforderlich, um das Halteelement 2 fest mit dem Gehäuse 16 zu verbinden.
Die Figur 7 verdeutlicht Details des PTC-Heizelementes 12, welches vorliegend lediglich ein PTC-Element 40 aufweist, welches an seinen aneinander gegenüberliegenden Hauptseitenflächen 42 mit einer Isolierlage 44 belegt ist. Die Isolierlagen 44 sind vorliegend durch eine Kunststofffolie, beispielsweise aus Kapton gebildet. Das PTC-Element 40 ist als Plättchen ausgebildet mit einer Breite B bzw. einer Länge L, die um den Faktor von zumindest 10 größer sind, als eine Dicke, die dem Abstand der beiden Hauptseitenflächen 42 entspricht.
Auf gegenüberliegenden Hauptseitenflächen 42 sind jeweils Kontaktbleche als Leiterbahnen 48 in Sinne der Erfindung vorgesehen, die mit dem keramischen PTC-Element 40 verklebt und dadurch elektrisch leitend an einer oberflächigen Metallisierung des PTC-Elements 40, die als Schicht mittels PVD oder CVD aufgebracht sein kann, angebunden sein können. Die Leiterbahnen 48 können auch lediglich auf das PTC-Element 40 aufgelegt sein. Jede Leiterbahn 48 bildet eine Kontaktfläche 50, die an der Hauptseitenfläche 42 des PTC-Elementes 40 elektrisch leitend anliegt, eine an einer Seite über das PTC-Element 40 hinausragende Kontaktzunge 5 aus. Vorliegend ist die Kontaktfläche 50 deckungsgleich mit der Hauptseitenfläche 42 des PTC-Elementes 40 vorgesehen. Die Isolierlage 44 liegt auf der dem PTC-Element 40 abgewandten Seite auf der Leiterbahnen 48 und deckt dieses ab.
Das PTC Element 40 ist in einem Rahmen 56 aufgenommen, der hierzu eine Rahmenöffnung 58 aufweist. Ein obere Querholm 62 des Rahmens 56 ist einteilig mit einer Durchführungselement-Basis 64 ausgebildet, die zusammen mit einem Durchführungssegment-Deckel 66 eine Art Stopfen bildet, der von einem Anschlagkragen 68 überragt ist. Der Durchführungsegment-Deckel 66 weist Bohrungen 70 für warm zu verstemmende Stifte der Durchführungsegment-Basis 64 und mit den Kontaktzungen 52 fluchtende Halbschalen 72 auf.
Nach der Montage des Durchführungsegment-Deckels 66 an der Durchführungsegment-Basis 64 überragen die Kontaktzungen 52 jedes der Kontaktbleche 48 den oberen Querholm 62. Die so hergestellte Baugruppe wird in ein mit Bezugszeichen 74 gekennzeichnetes Tiefziehteil eingebracht, das durch Tiefziehen eines Blechmaterials hergestellt ist und eine einzige Öffnung 76 aufweist, die von einem Dichtelement 78 umgeben ist, das durch Umspritzen des Rahmens 56 hergestellt ist. Die Kontaktzungen 52 sind in der Anschlusskammer 28 steckkontaktiert. Das Dichtelement 78 ist in der Heizelementaufnahme 18 dichtend eingesetzt.

Bezugszeichenliste

2: Halteelement
4: Aufnahmeöffnung
6: Kontaktzunge
8: Gehäuse-Anschlusszungen
10: Rand
12: PTC-Heizelement
14: Heizelementgehäuse
16: Gehäuse
18: Heizelementaufnahme
20: Steckergehäuse-Leitungsstrom
22: Steckergehäuse-Steuersignale
24: Trennwand
26: Gehäusewand
28: Anschlusskammer
30: Heizkammer
32: Kragen
34: Verriegelungsvorsprung
40: PTC-Element
42: Hauptseitenfläche
44: Isolierlage
48: Leiterbahn/Kontaktblech
50: Kontaktfläche
52: Kontaktstreifen
56: Rahmen
58: Rahmenöffnung
62: oberer Querholm
64: Durchführungselement-Basis
66: Durchführungselement-Deckel
68: Anschlagkragen
70: Bohrung
72: Halbschale
74: Tiefziehteil
76: Öffnung
78: Dichtelement

Claims

Elektrische Heizvorrichtung (2) umfassend:
ein Gehäuse (16) mit einer Trennwand (24), die eine Anschlusskammer (28) von einer Heizkammer (30) zur Abgabe von Wärme trennt und von der zumindest ein PTC-Heizelement (12) mit einem Heizelementgehäuse (14) in Richtung auf die Heizkammer (30) abragt, in dem zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung des PTC-Elementes (40) mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen, die in der Anschlusskammer (28) elektrisch angeschlossen sind, isoliert abgestützt sind,

gekennzeichnet durch

ein das Heizelementgehäuse (14) umgreifendes Halteelement (2), das mit der Trennwand (24) an ihrer der Heizkammer (30) zugewandten Seite mit dem Heizelementgehäuse (14) verbunden ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) zumindest kraftschlüssig mit der Trennwand (24) und/oder dem Heizelementgehäuse (14) verbunden ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelementgehäuse (14) eine das PTC-Element elektromagnetisch abschirmende Heizelement-Abschirmung (14) aufweist und dass die Heizelement-Abschirmung (14) elektrisch mit dem Halteelement (2) verbunden ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelement-Abschirmung (14) durch eine das PTC-Element umschließende Umhüllung gebildet ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskammer (28) mit einer die Anschlusskammer (28) elektromagnetisch abschirmenden Anschlusskammer-Abschirmung versehen ist, die elektrisch leitend mit dem Halteelement (2) verbunden ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) zumindest einen, das Halteelement (2) außenseitig umgebenden Verriegelungsvorsprung (34) ausbildet und dass das Halteelement (2) eine Anschlussgehäuse-Anschlusszunge (8) ausformt, die unter Vorspannung an dem Verriegelungsvorsprung (34) anliegt.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussgehäuse-Anschlusszunge (8) elektrisch leitend an dem Verriegelungsvorsprung (34) anliegt.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (24) einen das zumindest eine Heizelementgehäuse (14) umfänglich umgebenden Kragen (32) ausformt, der von dem Halteelement (2) umgriffen ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) ein einteiliges, zur Ausbildung einer Aufnahmeöffnung (4) für das Heizelement stanzbearbeitetes Blechelement ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) im Wesentlichen flach ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, einteilig an dem Blechelement ausgebildete Kontaktzunge (6) in der Aufnahmeöffnung (4) freiliegt, die unter elastischer Vorspannung an dem Heizelementgehäuse (14) anliegt.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelementgehäuse (14) ein Dichtelement (78) aufweist, das in einer Heizelementaufnahme (18) der Trennwand (24) dichtend aufgenommen ist.
Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung (2), bei dem zunächst ein ein Gehäuse (16) mit einer Trennwand (24), die eine Anschlusskammer (28) von einer Heizkammer (30) zur Abgabe von Wärme trennt, und zumindest ein PTC-Heizelement (12) mit einem Heizelementgehäuse (14), in dem zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung des PTC-Elementes mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen, die isoliert in dem Heizelementgehäuse (14) abgestützt sind, hergestellt werden, das PTC-Heizelement (12) in eine Heizelementaufnahme der Trennwand (24) eingebracht wird, so dass es in Richtung auf die Heizkammer (30) von der der Trennwand (24) abragt, und ein mit dem Heizelementgehäuse (14) zusammenwirkendes Halteelement (2) über das Heizelementgehäuse (14) geschoben und mit der Trennwand (24) an ihrer der Heizkammer (30) zugewandten Seite verbunden wird.