EP3783999A1

EP3783999A1 - Elektrischer lastwiderstand

Info

Publication number: EP3783999A1
Application number: EP20191573.3A
Authority: EP
Inventors: Patrick Kachelhoffer; Kurt Walz; Christof Lausser; Markus Stollhof
Original assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2040-08-18
Also published as: CN112423412A; CN112423412B; EP3783999B1; US11473548B2; US20210054819A1; DE102019212443A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Lastwiderstand mit einem zumindest eine U-förmige Aufnahmetasche aufweisenden Gehäuse, in dem zumindest ein PTC-Element aufgenommen ist, das wenigstens ein PTC-Element und wenigstens ein mit dem PTC-Element elektrisch leitend verbundenes Kontaktblech zur Bestromung des PTC-Elements aufweist, wobei das Kontaktblech eine Anschlussfahne zur Steckkontaktierung des PTC-Elements aufweist, das PTC-Heizelement wärmeleitend zumindest an sich gegenüberliegenden Hauptseitenflächen der Aufnahmetasche anliegt und die Anschlussfahne der Aufnahmetasche überragt. Zur Verbesserung des Wärmeaufnahme- bzw. Wärmeabgabevermögens des elektrischen Lastwiderstands ist das Gehäuse des elektrischen Lastwiderstands geschlossen, weist also keine Einlass- oder Auslass-öffnungen für ein zu erwärmendes Medium auf. In nebengeordneten Aspekten gibt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung mit einem elektrischen Lastwiderstand zur Verkürzung der Anlaufzeit eines Verbrennungsmotors, ein Verfahren zur Verkürzung der Anlaufzeit eines Verbrennungsmotors, sowie eine Verwendung einer an sich bekannten PTC-Heizvorrichtung als elektrischer Lastwiderstand zur Verkürzung der Anlaufzeit eines Verbrennungsmotors an.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Lastwiderstand.
Es ist bekannt, dass die Teile eines Verbrennungsmotors der Wärmeausdehnung unterworfen sind. Für gewöhnlich werden die Teile daher so gefertigt, dass sie bei Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors die optimale Passform haben. So wird z.B. der Kolben erst bei Betriebstemperatur absolut zylinderförmig und kann auf seiner gesamten Fläche im Zylinder aufliegen. Bei einem kalten Motor passen die Teile entsprechend nicht optimal ineinander und der Verschleiß ist höher als bei der Betriebstemperatur. Des Weiteren kondensiert bei einem kalten Motor der Kraftstoff an der kalten Zylinderwand. Um dies auszugleichen, muss mehr Sprit hinzugegeben werden, was den Verbrauch und die Schadstoffemissionen erhöht. Auch das Motoröl ist kalt zu zähflüssig, um gut zu schmieren. Der Katalysator funktioniert erst bei einer gewissen Mindesttemperatur der Abgase effizient.
Im Lichte dieses technischen Problemfeldes schlägt die vorliegende Erfindung einen elektrischen Lastwiderstand mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.
Der elektrische Lastwiderstand gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein geschlossenes Gehäuse, das zumindest eine U-förmige Aufnahmetasche aufweist, in der ein PTC-Heizelement aufgenommen ist. Das PTC-Heizelement weist wenigstens ein PTC-Element und wenigstens ein mit dem PTC-Element elektrisch leitend verbundenes Kontaktblech zur Bestromung des PTC-Elements auf. Für gewöhnlich bildet das Gehäuse mehrere U-förmige Aufnahmetaschen aus, wobei üblicherweise in jeder Aufnahmetasche je ein PTC-Heizelement vorgesehen ist. In der Regel weist das PTC-Heizelement mehrere PTC-Elemente auf, die über das Kontaktblech bestromt werden. Das Kontaktblech hat eine Anschlussfahne zur Steckkontaktierung des PTC-Elements bzw. der PTC-Elemente. Das PTC-Heizelement liegt wärmeleitend zumindest an sich gegenüberliegenden Hauptseitenflächen der Aufnahmetasche an, wobei die Anschlussfahne des Kontaktblechs die Aufnahmetasche überragt.
Als ein geschlossenes Gehäuse ist insbesondere ein Gehäuse zu verstehen, das keine Öffnungen zum Einlass bzw. Auslass eines Mediums aufweist. Für gewöhnlich weist das geschlossene Gehäuse lediglich eine Einführöffnung zum Einführen der PTC-Heizelemente in das Gehäuse, die in der Regel von einem Gehäusedeckel verschlossen ist, und eine Durchführöffnung auf, durch die zumindest ein elektrisches Kabel zum Anschluss des bzw. der PTC-Heizelemente dichtend hindurchgeführt ist. Die von den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme wird daher nicht auf ein Medium übertragen, das durch das Gehäuse zirkuliert, sondern von dem Gehäuse aufgenommen, das üblicherweise aus einem gut wärmeleitenden Material hergestellt ist. In der Regel kapselt das Gehäuse die PTC-Heizelemente vollständig ein. Das Gehäuse kann beispielsweise aus Metall, insbesondere Aluminium, oder Keramik hergestellt sein. Die Aufnahmetaschen können sich in eine Kammer hinein erstrecken, die mit einer wärmespeichemden Füllung, wie z.B. Zement oder Sand gefüllt sein kann. Das Gehäuse kann, da es geschlossen ist, eine große Wärmemenge in kurzer Zeit verbessert aufnehmen.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bilden außenliegende Flächen des Gehäuses die einzigen Grenzflächen des elektrischen Lastwiderstands zur Abfuhr von Wärme aus. Als Grenzflächen sind dabei insbesondere die Außenwandungen des Gehäuses aber auch von innerhalb des Gehäuses verlaufenden Trennwänden ausgebildete Flächen zu verstehen. So sind nach dieser Weiterbildung wärmeabgebende Flächen des Gehäuses ausschließlich außen am Gehäuse vorgesehen. Demzufolge wird nach dieser Weiterbildung auf eine in das Gehäuse aufgenommene wärmespeichernde Füllung verzichtet. Für gewöhnlich wird die von den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme durch wärmeleitendes Anliegen an einer Innenfläche einer Außenwandung des Gehäuses in das Gehäuse eingebracht und über die Außenfläche der Außenwandung des Gehäuses durch Wärmestrahlung abgestrahlt. Die Dicke der Außenwandung des Gehäuses mag variieren und ist in der Regel so gewählt, dass das Gehäuse eine ausreichende Masse hat, um innerhalb von 20 s eine Wärmemenge von 20 bis 30 kJ, bevorzugt 23 bis 27 kJ und sehr bevorzugt 25 kJ, aufnehmen zu können. Die von den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme wird nach dieser bevorzugten Weiterbildung durch das Gehäuse unmittelbar an die Umgebung abgestrahlt, was das Wärmeaufnahme- bzw. Wärmeabgabevermögen verbessert. Große Wärmemengen können so in kurzer Zeit erzeugt und aufgenommen werden, ohne dass der elektrische Lastwiderstand selbst Schaden durch Überhitzung erleidet oder Schaden anderer Teile verursacht.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse als Kühlkörper ausgebildet. Dabei liegt die Aufnahmetasche als Kühlrippe an einer Außenseite des Gehäuses frei. Die Außenseiten der sich gegenüberliegenden Hauptseitenflächen der Aufnahmetasche sind in der Regel vollständig oder zumindest größtenteils der Umgebungsatmosphäre ausgesetzt. Mehrere Aufnahmetaschen sind vorzugsweise in einer Reihe hintereinanderliegend vorgesehen, so dass das Gehäuse im Querschnitt im Bereich der Aufnahmetaschen eine im Wesentlichen sinusförmige Außenkontur hat. In der Regel bildet das Gehäuse zwischen zwei Aufnahmetaschen eine Einbuchtung aus, in der sich eine Außenwand des Gehäuses in Richtung des Inneren des Gehäuses erstreckt. Die Einbuchtung ist üblicherweise U-förmig und erstreckt sich meist anti-parallel zu der bzw. den Aufnahmetaschen. Die Länge der Haupterstreckungsrichtung entspricht in der Regel der der Aufnahmetaschen. Zwischen zwei Kühlrippen können auch mehrere Einbuchtungen vorgesehen sein.
Durch die Ausbildung des Gehäuses als Kühlkörper und insbesondere der Aufnahmetaschen als Kühlrippen kann die wärmeabgebende Oberfläche des elektrischen Lastwiderstands vergrößert werden. Einer möglichen Beschädigung durch Überhitzung kann damit vorgebeugt werden und das Wärmeaufnahme- bzw. Wärmeabgabevermögen wird weiter verbessert. Auch die bekannte selbstregulierende Eigenschaft der PTC-Elemente trägt zur Vermeidung einer Überhitzung bei.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst der elektrische Lastwiderstand einen in der Regel fluiddicht mit dem Gehäuse verbundenen Gehäusedeckel, der zumindest einen Steg zur Sicherung der Steckkontaktierung des PTC-Elementes aufweist. Der Steg kann aus einem gummielastischen Material bestehen oder zumindest einen aus einem solchen gummielastischen Material gebildeten Bereich aufweisen. Ein solches gummielastisches Material kann beispielsweise ein Elastomer sein. Der Steg kann säulenartig von einer Gehäusedeckelbasis abragen. In der Regel ist die Anzahl der Stege und die Anzahl der Aufnahmetaschen identisch, sodass durch die Montage des Gehäusedeckels am Gehäuse eine Sekundärverriegelung für die Steckkontaktierung der PTC-Elemente verwirklicht ist. Der Gehäusedeckel ist für gewöhnlich auf der den Aufnahmetaschen gegenüberliegenden Seite des Gehäuses montiert. Der Steg ist in der Regel in Verlängerung der Aufnahmetasche vorgesehen, wobei eine Spitze des Stegs an einem die Anschlussfahne kontaktierenden Steckerelement anliegt und/oder dieses umgreift. Insbesondere ist durch den Steg auch das PTC-Heizelement in Öffnungsrichtung der Aufnahmetasche form- und/oder kraftschlüssig in der Aufnahmetasche gehalten. Bevorzugt ist der Gehäusedeckel derart am Gehäuse montiert, dass der Steg eine Druckkraft auf das Steckerelement in Richtung der Aufnahmetasche ausübt. Eine elastische Verformung des Stegs kann etwaige Setzbeträge auch im Betrieb des Lastwiderstands nachführen, sofern der Steg unter elastischer Vorspannung mit dem Steckerelement zusammenwirkt. Bevorzugt weist der Steg an seiner Spitze eine Vertiefung auf, in der das Steckerelement anliegt. Der Gehäusedeckel weist üblicherweise eine plattenförmige Basis auf, von der die Stege im Wesentlichen rechtwinklig abstehen. Bevorzugt besteht der Gehäusedeckel aus der plattenförmigen Basis und den Stegen. Im Einbauzustand überbrückt der Steg in der Regel einen Zwischenraum oder Spalt und hält diesen teilweise frei. Dieser Zwischenraum oder Spalt erstreckt sich zwischen dem äußeren, in der Regel dem freien Ende des Stegs, und seinem befestigungsseitigen Ende.
So kann unabhängig von der Einbausituation des elektrischen Lastwiderstands sichergestellt werden, dass die PTC-Heizelemente nicht aus den Aufnahmetaschen herausfallen oder sich durch Vibration aus dieser herauslösen, sondern stets wärmeleitend an deren Hauptseitenflächen anliegen und dass die Steckkontaktierungen sekundär gesichert sind.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ein Kabel zum Anschluss des PTC-Heizelements dichtend durch das Gehäuse hindurchgeführt. In dieser Durchführöffnung des Gehäuses ist für gewöhnlich ein das Kabel vollumfänglich umschließendes Dichtelement vorgesehen. Die Durchführöffnung für das Kabel ist üblicherweise fluiddicht abgedichtet, so dass - da das Gehäuse geschlossen ist - kein Austausch zwischen einem Medium außerhalb des Gehäuses und dem Inneren des Gehäuses stattfindet. Auch der Gehäusedeckel ist in der Regel fluiddicht an dem Gehäuse montiert. Das Innere des Gehäuses ist daher für gewöhnlich von der Umgebung des Gehäuses atmosphärisch getrennt. Üblicherweise umfasst das Kabel mehrere Adern, wobei je eine Ader endseitig mit einem Steckerelement verbunden ist, welches die Anschlussfahne kontaktiert und in der Vertiefung des Stegs anliegt. Die Adern des Kabels können separat durch die Durchführöffnung hindurchgeführt sein und im Bereich der Durchführöffnung mit jeweils einer Einzeladerdichtung versehen sein. In der Durchführöffnung ist ein Abdichtelement vorgesehen, durch das das Kabel hindurchgeführt ist und eine von außerhalb des Gehäuses auf das Kabel wirkende Zugkraft bis zu einem gewissen Maß kompensiert. Das Abdichtelement liegt üblicherweise um die Öffnung herum an der Außenseite des Gehäuses dichtend an. In der Regel genügt das Gehäuse damit den Schutznormen IP6K9K und IP67 der ISO-Norm 20653:2013.
So kann der elektrische Lastwiderstand in den verschiedensten Einbausituationen zum Einsatz kommen. Die vollständige Umkapselung der PTC-Heizelemente durch das Gehäuse ermöglicht beispielsweise den Einsatz an einer exponierten Stelle im Motorraum oder im Radlauf eines Fahrzeuges.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das PTC-Element elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden, wobei das Gehäuse ein Massepotential für das PTC-Element bildet. Nach dieser bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist lediglich ein eine Anschlussfahne ausbildendes Kontaktblech auf einer Seite des PTC-Elements vorgesehen und in der Aufnahmetasche gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert. Auf der gegenüberliegenden Seite des PTC-Elements liegt dieses nach dieser bevorzugten Weiterbildung elektrisch leitend an dem Gehäuse in der Aufnahmetasche an. Die gegenüberliegenden Seiten sind in der Regel die Hauptseitenflächen des PTC-Elements. Das Gehäuse ist nach dieser Weiterbildung Teil des Stromkreislaufs. Üblicherweise bildet das Gehäuse im Inneren einen Massepol aus, der beim Einsatz des elektrischen Lastwiderstands in einem Kfz in der Regel elektrisch mit der Karosserie des Kfz verbunden ist.
So lässt sich der Verkabelungsaufwand zum Anschluss der PTC-Heizelemente und die benötigten Bauteile für die PTC-Heizelemente reduzieren.
Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Gehäuse aus einem Material hergestellt, das eine spezifische Wärmekapazität von mindestens 800 J/(K·Kg) bei einer Materialtemperatur von 20 °C hat, wobei das Gehäuse ein Gewicht von mindestens 500 g hat. Üblicherweise ist das Gehäuse aus Metall, insbesondere Aluminium, oder Keramik hergestellt. Sehr bevorzugt ist das Gehäuse aus einer Aluminiumgusslegierung hergestellt, für gewöhnlich im Druckgussverfahren. Weiter bevorzugt ist das Gehäuse aus einem Material hergestellt, dass eine spezifische Wärmekapazität von mindestens 890 J/(K·Kg) bei einer Materialtemperatur von 20 °C hat, wobei das Gehäuse ein Gewicht von mindestens 550 g hat. Dabei ist die Dicke der Gehäusewandungen in der Regel derart beschaffen, dass eine Oberflächentemperatur an der Außenseite des Gehäuses 140 °C nicht übersteigt. Der elektrische Lastwiderstand nach der vorliegenden Erfindung hat üblicherweise eine elektrische Leistung von mindestens 1000 W, bevorzugt mindestens 1250 W.
So kann gewährleistet werden, dass der elektrische Lastwiderstand eine Wärmemenge von 20 bis 30 kJ, bevorzugt 23 bis 27 kJ und sehr bevorzugt 25 kJ innerhalb einer Zeit von 10 bis 30 s, bevorzugt 15 bis 25 s und sehr bevorzugt 20 s erzeugen und in dem Gehäuse speichern kann.
In einem nebengeordneten Aspekt gibt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Verkürzung der Anlaufzeit eines Verbrennungsmotors an. Die Vorrichtung umfasst einen elektrischen Lastwiderstand mit mindestens einem in einem Gehäuse aufgenommenen PTC-Heizelement, wobei der elektrische Lastwiderstand an einen von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator angeschlossen ist und das Gehäuse so an einem den Verbrennungsmotor aufweisenden Fahrzeug montiert ist, dass die von der Vorrichtung erzeugte Wärme ausschließlich und unmittelbar an die Umgebung abgeführt oder in dem Gehäuse gespeichert wird. Der elektrische Lastwiderstand dieser Vorrichtung ist vorzugsweise der elektrische Lastwiderstand gemäß der Erfindung, ist hierauf aber nicht beschränkt. Die Vorrichtung zeichnet sich vielmehr durch die gegenständliche Anordnung ihrer Bauteile aus. Demnach ist der elektrische Lastwiderstand der Vorrichtung außerhalb eines zwangsgeführten Mediumstroms angeordnet, wird also nicht von dem zwangsgeführten Mediumstrom erfasst bzw. umströmt. Als ausschließliches und unmittelbares Abführen von Wärme an die Umgebung ist daher insbesondere die Wärmeabgabe durch Wärmestrahlung und gegebenenfalls natürlicher Konvektion, die ohne eine Zwangskühlung auskommt, zu verstehen. Die Vorrichtung ist in der Regel im Motorraum eines den Verbrennungsmotor aufweisenden Fahrzeugs angeordnet. Dort ist üblicherweise auch ein elektrischer Zuheizer zur Erwärmung von in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs strömender Luft vorgesehen. Der elektrische Zuheizer ist von dem elektrischen Lastwiderstand der Vorrichtung zu unterscheiden, da der elektrische Zuheizer von einem flüssigen Medium durchströmt wird, das die in die Fahrgastzelle strömende Luft erwärmt, oder direkt von der in die Fahrgastzelle strömenden Luft umströmt wird.
Da der Verbrennungsmotor den Generator antreibt und der elektrische Lastwiderstand der Vorrichtung an den Generator angeschlossen ist, wird der Verbrennungsmotor durch den elektrischen Lastwiderstand mehr belastet und erreicht dadurch schneller seine Betriebstemperatur, d.h. die Anlaufzeit des Verbrennungsmotors wird verkürzt. Der elektrische Lastwiderstand der Vorrichtung ist vorzugsweise an einer exponierten Stelle im Motorraum oder im Radlauf des Fahrzeugs angeordnet. Er gibt seine Wärmeenergie an die Umgebung ab. Die Energie wird nicht für die Erwärmung des Innenraums des Fahrzeuges und/oder zur Erwärmung von einer technischen Komponente, deren Wirkungsgrad bei erhöhter Temperatur begünstigt wird, genutzt.
In einem verfahrensmäßigen Aspekt gibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verkürzung der Anlaufzeit eines Verbrennungsmotors an, wobei die Temperatur des Verbrennungsmotors gemessen und ein an einen von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator angeschlossener Lastwiderstand solange betrieben wird, bis die gemessene Temperatur des Verbrennungsmotors eine vorbestimmte Temperatur erreicht. Die vorbestimmte Temperatur ist in der Regel die Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors, insbesondere ca. 90 °C. Nach Erreichen der Betriebstemperatur des Motors wird der Lastwiderstand für gewöhnlich von der elektrischen Energiequelle (dem Generator) getrennt, in der Regel zumindest solange bis der Verbrennungsmotor erneut gestartet wird. Üblicherweise wird die gemessene Temperatur an eine Steuerungseinheit übermittelt, die ein Stellelement oder einen Schalter zur Kopplung bzw. Entkopplung des Lastwiderstands mit dem Generator in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur steuert. Die Regelgröße für das Abschalten des Lastwiderstands ist demnach die gemessene Temperatur des Verbrennungsmotors, wobei der Lastwiderstand abgeschalten wird, sobald die gemessene Temperatur die vorbestimmte Temperatur, die in der Regel der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors entspricht, erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die gezielte Verkürzung der Anlaufzeit eines Verbrennungsmotors durch Anschließen einer zusätzlichen elektrischen Last an den Generator, wobei die Temperatur des Verbrennungsmotors als Regelgröße dient.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Lastwiderstands zyklisch betrieben, wobei ein Zyklus eine Leistungsphase und eine Ruhephase beinhaltet. Als Leistungsphase ist dabei ein Zeitintervall zu verstehen, in dem der Lastwiderstand von dem Generator erzeugte elektrische Energie in Wärme umwandelt. Als Ruhephase ist dagegen ein Zeitintervall zu verstehen, in welchem der Generator nicht mit dem Lastwiderstand belastet wird; d.h. in der Ruhephase erzeugt der elektrische Lastwiderstand keine Wärme. Durch diesen zyklischen Betrieb kann in kurzer Zeit während der Leistungsphase eine hohe Wärmemenge produziert und gegebenenfalls in dem Gehäuse des Lastwiderstands zwischengespeichert werden, die dann in der Ruhephase an die Umgebung abgestrahlt wird. Die Dauer der Ruhephase ist entsprechend so zu wählen, dass eine ausreichende Abkühlung des Lastwiderstands gewährleistet ist und die in der darauffolgenden Leistungsphase erzeugte Wärme wieder von dem Lastwiderstand, insbesondere von dessen Gehäuse, zwischengespeichert werden kann, um abschließend wieder in der Ruhephase an die Umgebung abgestrahlt zu werden.
Weiter bevorzugt dauert ein aus einer Leistungsphase und einer Ruhephase bestehender Zyklus zwischen 30 und 120 s, bevorzugt zwischen 50 und 110 s und sehr bevorzugt zwischen 90 und 105 s. Dabei ist die Ruhephase für gewöhnlich 2 bis 5 mal, bevorzugt 3 bis 4 mal länger als die Leistungsphase.
So lässt sich der Lastwiderstand in den Leistungsphasen mit hoher Leistung betreiben, wodurch der Verbrennungsmotor mit einer ausreichenden Last belastet werden kann, um die Anlaufzeit zu verkürzen.
In einem weiteren nebengeordneten Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung einer an sich bekannten PTC-Heizvorrichtung in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor als elektrischer Lastwiderstand zur Verkürzung der Anlaufzeit des Verbrennungsmotors, wobei die Verwendung erfolgt, ohne dass die von der PTC-Heizvorrichtung erzeugte Wärme einer Nutzung innerhalb des Fahrzeugs zugeführt wird. Bevorzugt wird bei dieser Verwendung die von der PTC-Heizvorrichtung erzeugte Wärme ausschließlich und unmittelbar an die Umgebung abgeführt oder in einem Gehäuse der PTC-Heizvorrichtung gespeichert. Die bekannte PTC-Heizvorrichtung wird nach dieser Verwendung nicht wie üblich zur Erwärmung einer in eine Fahrgastzelle des Fahrzeugs strömenden Luft oder anderer Komponenten innerhalb des Fahrzeugs verwendet. Die von der PTC-Heizvorrichtung erzeugte Wärme bleibt bei dieser Verwendung ungenutzt. Sie wird im Wesentlichen durch Wärmestrahlung an die Umgebungsatmosphäre abgestrahlt und in der Regel ungerichtet von dieser abgeführt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:

Fig. 1: eine perspektivische Seitenansicht eines elektrischen Lastwiderstands des Ausführungsbeispiels,
Fig. 2: eine Längsschnittansicht des elektrischen Lastwiderstands des Ausführungsbeispiels,
Fig. 3: eine perspektivische Seitenansicht von Komponenten des Ausführungsbeispiels,
Fig. 4: eine Draufsicht auf den elektrischen Lastwiderstand des Ausführungsbeispiels bei weggelassenem Gehäusedeckel, und
Fig. 5: eine Schnittansicht einer PTC-Heizeinheit des Ausführungsbeispiels.

Der in der Fig. 1 abgebildete elektrische Lastwiderstand 2 hat ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 4 aus Aluminium. Das Gehäuse 4 ist mit einem Gehäusedeckel 6 aus Kunststoff abgedeckt, der eine Anschlusskammer verschließt. Der Gehäusedeckel 6 ist mit dem Gehäuse 4 mittels Schrauben 8 verschraubt. Eine Durchführöffnung 10 des Gehäuses 4 (s. Fig. 4) bildet abgesehen von der durch den Gehäusedeckel 6 verschlossenen Öffnung des Gehäuses 4 die einzige Öffnung des Gehäuses 4 zu der Anschlusskammer. In der Durchführöffnung 10 ist ein Abdichtmittel 12 vorgesehen. Das Abdichtmittel 12 liegt unter Zwischenlage einer Dichtung 14 um die Durchführöffnung herum außenseitig an dem Gehäuse 4 an und ist mittels Schrauben 16 gegenüber diesem abgedichtet. Ein elektrisches Anschlusskabel 18 ist durch das Abdichtmittel 12 dichtend hindurchgeführt. Das elektrische Anschlusskabel 18 umfasst mehrere Adern 20, die mit ihrem außerhalb des Gehäuses liegenden Ende mit einem Stecker 22 kontaktiert sind. Ein zweites Ende 24 des Anschlusskabels ist mit einem separaten Stecker 26 kontaktiert. Der elektrische Lastwiderstand 2 weist Befestigungsmittel 28 zur Befestigung des Kabels 18 auf, wobei eines der Befestigungsmittel 28 auf dem Gehäusedeckel vorgesehen ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Schnittansicht verdeutlicht den inneren Aufbau des elektrischen Lastwiderstands 2. Vorliegend bildet das Gehäuse 4 vier U-förmige Aufnahmetaschen 30 aus, in denen jeweils ein PTC-Heizelement 32 angeordnet ist. In den Aufnahmetaschen 30 liegen die PTC-Heizelemente 32 wärmeleitend an dem Gehäuse 4 an. Die Aufnahmetaschen 30 bilden mit ihrer Außenseite zumindest teilweise eine Außenwandung des Gehäuses 4. Zwischen zwei Aufnahmetaschen 30 ist mindestens eine Einbuchtung 34 des Gehäuses vorgesehen. Die Einbuchtungen 34 sind im Wesentlichen ebenfalls U-förmig und antiparallel zu den Aufnahmetaschen 30 ausgerichtet. Die Aufnahmetaschen 30 bilden demnach Kühlrippen, die zumindest teilweise an der Außenseite des Gehäuses 4 freiliegen, so dass das Gehäuse 4 selbst als Kühlkörper ausgebildet ist.
Aus den Aufnahmetaschen 30 ragt ein Kunststoffrahmen 36 der PTC-Heizeinheiten 32 heraus, in welchem mehrere PTC-Elemente 58 und ein elektrisch leitend an den PTC-Elementen 58 anliegendes Kontaktblech 60 gehalten sind (s. Fig. 5). Des Weiteren ragt eine Anschlussfahne 38 des Kontaktblechs aus der Aufnahmetasche 30 heraus. Die Anschlussfahne 38 ist mit einem Steckerelement 40 elektrisch kontaktiert. Innerhalb der Aufnahmetasche 30 ist das Kontaktblech gegenüber dem Gehäuse üblicherweise durch eine Isolierschicht 62 elektrisch isoliert. Auf der dem Kontaktblech 60 gegenüberliegenden Seite liegen die PTC-Elemente 58 elektrisch leitend an dem Gehäuse 4 an.
Das Steckerelement 40 weist eine Crimpverbindung 42 mit einer der auf dem Plus-/Massepol legenden Adern 20 des Anschlusskabels 18 auf. In seinem Inneren bildet das Gehäuse 4 einen säulenförmigen Massepol 44 aus, der mit einer Masseader 20e des Anschlusskabels 18 elektrisch verbunden ist. Das Gehäuse 4 bildet somit ein Massepotential für die PTC-Heizelemente 32 und ist Teil eines Stromkreises, der vorliegend durch das 12V Bordnetz gespeist wird.
Bei der Durchleitung des Stroms durch die PTC-Heizelemente 32 erwärmen sich diese, welche die Wärme durch wärmeleitende Anlage in den Aufnahmetaschen 30 an das Gehäuse 4 abgeben. Die als Kühlrippen ausgebildeten Aufnahmetaschen 30 strahlen dann die Wärme an die Umgebung ab. Von dem Gehäusedeckel 6 erstrecken sich Stege 46 säulenartig in das Innere des Gehäuses 4. Diese Stege 46 sind einteilig an den Gehäusedeckel 6 und aus Kunststoff ausgebildet. Die Stege 46 erstrecken sich in Verlängerung der Aufnahmetaschen 30, wobei die auf die Öffnungen der Aufnahmetaschen 30 zeigende Spitze der Stege 46 eine U-förmige Vertiefung aufweist, in der die Crimpverbindung 42 anliegt. Durch die Befestigung des Gehäusedeckels 6 an dem Gehäuse 4 mittels der Schrauben 8 üben die Stege 46 eine gewisse Druckkraft auf die Steckelemente 40 und damit auch auf die PTC-Heizelemente 32 in Richtung auf die Aufnahmetasche 30 aus. Dadurch wird gewährleistet, dass die Steckkontaktierungen gesichert sind und die PTC-Heizelemente 32 stets wärmeleitend in den Aufnahmetaschen 30 an dem Gehäuse 4 anliegen. Des Weiteren bilden die Stege 46 jeweils einen Formschluss für die PTC-Heizelemente 32 in Richtung der Öffnung der Aufnahmetaschen 30, so dass verhindert wird, dass die PTC-Heizelemente 32 sich beispielsweise durch Vibration aus den Aufnahmetaschen 30 herausheben können oder sich das Steckelement 40 von der Anschlussfahne 38 löst.
Die Fig. 3 zeigt die Komponenten des elektrischen Lastwiderstands exklusive des Gehäuses 4. So ist beispielsweise in Fig. 3 zu erkennen, dass der Gehäusedeckel 6 unter Zwischenlage einer Einlegedichtung 48 an dem Gehäuse 4 befestigt ist. Auch das in Fig. 3 ebenfalls nicht abgebildete Abdichtelement 12 ist unter Zwischenlage eines O-Rings 50, der die Dichtung 14 bildet, gegenüber dem Gehäuse 4 abgedichtet. Die Adern 20 des Anschlusskabels 18 weisen auf Höhe der Durchführöffnung 10 Einzeladerdichtungen 52 auf. Der Kunststoffrahmen 36 der PTC-Heizeinheiten 32 hält ein Keilelement 54, das in an sich bekannter Weise eine wärmeleitende Anlage der PTC-Heizeinheit 32 in der Aufnahmetasche 30 gewährleistet; vgl. EP 1 872 986 A1 .
Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, sind die einzelnen Adern 20 des Anschlusskabels 18 einzeln durch jeweils einen Kanal 56 des Abdichtelements 12 hindurchgeführt. In diesen Kanälen 56 sind die Einzeladerdichtungen 52 vorgesehen, die von den Kanälen in radialer Richtung elastisch gepresst sind. Dadurch ist die Durchführöffnung 10 von dem Abdichtelement 12 und der Dichtung 14 fluiddicht verschlossen.
Die Fig. 5 zeigt die PTC-Heizeinheit 32 im Detail. In dem Kunststoffrahmen 36 der PTC-Heizeinheit 32 sind vier PTC-Elemente 58 übereinander in einer Reihe angeordnet. Auf der in der Figur 5 linken Seite liegt ein Kontaktblech 60 elektrisch leitend an den Hauptseitenflächen der PTC-Elemente 58 an. Das Kontaktblech 60 bildet die Anschlussfahne 38 aus, die den Kunststoffrahmen 36 und damit auch die Aufnahmetasche 30 überragt und in der Anschlusskammer freiliegt. Das Kontaktblech 60 ist mittels einer Isolierschicht 62, die außenseitig auf dem Kontaktblech 60 anliegt, gegenüber dem Gehäuse 4 isoliert. Auf der Außenseite der Isolierschicht 62 wiederum ist ein Gleitblech 64 vorgesehen, an dessen Außenseite das Keilelement 54 anliegt. Das Keilelement 54 ist vorliegend in einer Halteposition gezeigt, in der es sich in einer Einschiebeöffnung 66 des Kunststoffrahmens 36 befindet. Nach einem vollständigen Einschieben des Keilelements 54 in den Kunststoffrahmen 36 bewirkt dieses eine wärmeleitende Anlage zwischen dem PTC-Heizelement 32 und der Aufnahmetasche 30. Auf der dem Kontaktblech 60 gegenüberliegenden Seite der PTC-Elemente 58 liegt ein elektrisch leitendes Masseblech 68 an den Hauptseitenflächen der PTC-Elemente 58 an. An seiner Außenseite liegt das Masseblech 68 elektrisch und wärmeleitend an einer Innenseite der Aufnahmetasche 30 an. An dem von der Anschlussfahne 38 überragten Ende bildet der Kunststoffrahmen 36 einen Anschlag 70 aus, der um die Öffnung zu der Aufnahmetasche 30 herum an dem Gehäuse 4 anliegt.
Die PTC-Elemente 58 sind zwischen dem Masseblech 68 und dem Keilelement 54 in dem Kunststoffrahmen 36 gehalten und positioniert. So kann das PTC-Heizelement 32 als Einheit vorgefertigt und gehandhabt werden.

Bezugszeichenliste

2: Elektrischer Lastwiderstand
4: Gehäuse
6: Gehäusedeckel
8: Schraube
10: Durchführöffnung
12: Abdichtelement
14: Dichtung
16: Schraube
18: Anschlusskabel
20: Ader des Anschlusskabels
22: Stecker
24: zweites Ende des Anschlusskabels
26: Stecker
28: Befestigungselement
30: Aufnahmetasche
32: PTC-Heizelement
34: Einbuchtung
36: Kunststoff rahmen
38: Anschlussfahne
40: Steckerelement
42: Crimpverbindung
44: Massepol
46: Steg
48: Einlegedichtung
50: O-Ring
52: Einzeladerdichtung
54: Keilelement
56: Durchführkanal
58: PTC-Element
60: Kontaktblech
62: Isolierschicht
64: Gleitblech
66: Einschiebeöffnung
68: Masseblech
70: Anschlag

Claims

Elektrischer Lastwiderstand (2) mit einem zumindest eine U-förmige Aufnahmetasche (30) aufweisenden geschlossenen Gehäuse (4), in dem zumindest ein PTC-Heizelement (32) aufgenommen ist, das wenigstens ein PTC-Element (58) und wenigstens ein mit dem PTC-Element (58) elektrisch leitend verbundenes Kontaktblech (60) zur Bestromung des PTC-Elements (58) aufweist, wobei das Kontaktblech (60) eine Anschlussfahne (38) zur Stecckontaktierung des PTC-Elements (58) aufweist, das PTC-Heizelement (32) wärmeleitend zumindest an sich gegenüberliegenden Hauptseitenflächen der Aufnahmetasche (30) anliegt und die Anschlussfahne (38) die Aufnahmetasche (30) überragt.
Elektrischer Lastwiderstand (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass außenliegende Flächen des Gehäuses (4) die einzigen Grenzflächen des elektrischen Lastwiderstands (2) zur Abfuhr von Wärme ausbilden.
Elektrischer Lastwiderstand (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmetasche (30) als Kühlrippe an einer Außenseite des Gehäuses (4) freiliegt.
Elektrischer Lastwiderstand (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Kühlrippen mindestens eine Einbuchtung (34) einer Außenwandung des Gehäuses (4) vorgesehen ist.
Elektrischer Lastwiderstand (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gehäusedeckel (6), der einen Steg(46) zur Sekundärverriegelung der Stecckontaktierung des PTC-Elements (58) aufweist.
Elektrischer Lastwiderstand (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kabel (18) zum Anschluss des PTC-Heizelements (32) dichtend durch das Gehäuse (4) hindurchgeführt ist.
Elektrischer Lastwiderstand (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Element (58) elektrisch leitend mit dem Gehäuse (4) verbunden ist, welches ein Massepotential für das PTC-Element (58) bildet.
Elektrischer Lastwiderstand (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) aus einem Material hergestellt ist, das eine spezifische Wärmekapizität von mindestens 800 J/(K*Kg) bei einer Materialtemperatur von 20°C hat und dass das Gehäuse (4) ein Gewicht von mindestens 500 g hat.
Vorrichtung zur Verkürzung der Anlaufzeit eines Verbrennungsmotors, umfassend einen elektrischen Lastwiderstand (2) mit mindestens einem in einem Gehäuse (4) aufgenommenen PTC-Heizelement (32), wobei
der elektrische Lastwiderstand (2) an einen von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator angeschlossen ist und das Gehäuse (4) so an einem den Verbrennungsmotor aufweisenden Fahrzeug montiert ist, dass die von der Vorrichtung erzeugte Wärme ausschließlich und unmittelbar an die Umgebung abgeführt oder in dem Gehäuse (4) gespeichert wird.
Verfahren zur Verkürzung der Anlaufzeit eines Verbrennungsmotors, wobei
die Temperatur des Verbrennungsmotors gemessen und ein an einen von dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator angeschlossener Lastwiderstand (2) solange betrieben wird, bis die gemessene Temperatur des Verbrennungsmotors eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastwiderstand (2) zyklisch betrieben wird und ein Zyklus eine Leistungsphase und eine Ruhephase beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklus zwischen 30 und 120s dauert und/oder die Ruhephase 2 bis 5 mal länger als die Leistungsphase ist.
Verwendung einer an sich bekannten PTC-Heizvorrichtung in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor als elektrischer Lastwiderstand (2) zur Verkürzung der Anlaufzeit des Verbrennungsmotors, wobei die Verwendung erfolgt, ohne dass die von der PTC-Heizvorrichtung erzeugte Wärme einer Nutzung innerhalb des Fahrzeugs zugeführt wird.
Verwendung einer an sich bekannten PTC-Heizvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die von der PTC-Heizvorrichtung erzeugte Wärme ausschließlich und unmittelbar an die Umgebung abgeführt oder in einem Gehäuse (4) der PTC-Heizvorrichtung gespeichert wird.