EP3873174A1 - Elektrische heizvorrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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EP3873174A1
EP3873174A1 EP21159031.0A EP21159031A EP3873174A1 EP 3873174 A1 EP3873174 A1 EP 3873174A1 EP 21159031 A EP21159031 A EP 21159031A EP 3873174 A1 EP3873174 A1 EP 3873174A1
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EP
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receptacle
heating device
housing
press ring
ptc
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Kurt Walz
Michael Niederer
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Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
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Eberspaecher Catem GmbH and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to an electrical heating device with a housing which has a partition wall which separates a connection chamber from a heating chamber for emitting heat. At least one PTC heating device protrudes from the partition wall in the direction of the heating chamber. This PTC heating device is exposed like a heating rib in the heating chamber.
  • the PTC heating element has at least one PTC element and conductors connected to it in an electrically conductive manner, which are assigned different polarities for energizing the PTC element. These conductor tracks are electrically connected to the power flow in the connection chamber.
  • Such a heating device is, for example, off EP 1 872 986 A1 or EP 2 337 425 A1 known.
  • Another electrical heating device of the same generic type is from EP 3 334 242 A1 known.
  • the PTC heating element is first produced as a separate component and inserted as such into a heating element receptacle formed on the partition, so that the connection-side end of the heating element housing is accommodated in a sealed manner in the heating element receptacle of the partition and the conductor tracks with it their free, connection-side ends are exposed in the connection chamber in order to be electrically connected there.
  • the PTC heating element preassembled in this way is held in the heating element receptacle with a friction fit.
  • the PTC heating element has a labyrinth seal formed by the heating element housing, which is pressed into the heating element receptacle.
  • the attachment of the PTC heating element should at least be suitable for the assembly of the individual components of the previously known electrical heating device. After all the components of the electrical heating device have been assembled, the PTC heating element is supported on its underside opposite the connection side on a base which, in the example discussed above, closes the heating chamber. The PTC heating element is clamped between the floor and the heating element holder and secured in its installation position.
  • the present invention is based on the problem of specifying an electrical heating device which is improved with regard to the sealing of the PTC heating device and a method for producing such a heating device.
  • the present invention specifies an electrical heating device having the features of claim 1.
  • the heater housing is sealed off from the receptacle with a seal, as is known per se from the prior art.
  • the seal completely surrounds the heater housing.
  • the receptacle thus forms a female plug-in element of a mechanical coupling of the heater housing together with the seal.
  • the seal can be connected to the heater housing in a manner known per se before the heater housing is mounted on the partition wall, in particular it can be materially connected to the heater housing by injection molding of an elastomeric plastic.
  • the seal can also be produced separately and inserted in a form-fitting manner in a seal receptacle formed on the heater housing.
  • the seal consists of a flexible plastic, usually an elastomer; the seal is particularly preferably made of a silicone.
  • a press ring is arranged in the receptacle, which surrounds the heater housing circumferentially and secures the seal in the receptacle.
  • the press ring is pressed into the receptacle and thus pressed between the heater housing and a wall of the partition that defines the receptacle.
  • the press ring can be held in a form-fitting and / or force-fitting manner. In this way, the press ring secures the heater housing in the receptacle and prevents the seal from loosening from the receptacle.
  • both the heater housing and the seal are secured in the receptacle with the press ring.
  • the press ring can be located between the seal and the heating chamber and accordingly prevent the seal from slipping out of the receptacle in the direction of the heating chamber.
  • the seal with the press ring can also be designed as a single component.
  • the press ring is embedded in the material of the seal during the manufacture of the seal.
  • the area of the press ring can be provided at the rear end of this unit of press ring and seal, whereas the elastomeric material of the seal is provided without an inserted press ring at the front end and only provides the seal.
  • the press ring can have a metallic structure.
  • the press ring is preferably designed to be electrically conductive.
  • the press ring rests in an electrically conductive manner against the outer circumferential surface of the heater housing and the inner circumferential surface of the receptacle.
  • the heater housing is accordingly electrically connected via the press ring to a ground pole of the housing, which serves to shield the electrical heating device as a whole.
  • the ground pole is exposed on the outside of the electrical heating device for the connection of a ground cable. It is usually a bolt that is connected in an electrically conductive manner to a part of the heater housing, in particular that part which surrounds the connection chamber circumferentially.
  • the press ring also creates improved heat conduction between the heater housing and the housing.
  • the heat from the heater housing is accordingly conducted in an improved manner directly to the housing, which in this respect can make a greater contribution to heat extraction than in the prior art.
  • the thermal entry into control electronics that are separated by the partition and placed on the other side of the receptacle is also reduced.
  • the press ring is preferably secured in the receptacle by caulking the housing.
  • the areas surrounding the receptacle, which are formed by the housing are caulked so that the initially cylindrical walls of the receptacle, which extend in the insertion direction of the heater housing, are formed inwards at their free end so that they form the press ring and / or protrude beyond the seal.
  • the partition is accordingly plastically deformed in the wall of the receptacle.
  • the plastic deformation can be cold deformation, in particular in the event that the partition is made from a metallic material. However, the deformation can also be a hot deformation. This procedure is particularly preferable in the case of a partition made of plastic. The temperature that is active in each case simplifies the plastic deformation of the plastic.
  • connection bolt is usually provided in the area of the receptacle in such a configuration, which is electrically contacted with the press ring after assembly in order to electrically connect the shielding around the PTC element brought about by the heater housing to a shielding of the electrical heating device .
  • This shielding can be formed, for example, by a shielding housing inserted into the connection chamber or a metallic connection or control housing surrounding the connection chamber.
  • the press ring has a plurality of contact projections which protrude on its outer circumferential surface and usually extend in the direction of insertion. These projections claw with the inner circumferential surface of the wall of the receptacle and cause a secure connection between the press ring and the receptacle.
  • the compression ring arranged in the receptacle improves the retention of the seal and accordingly improves the seal between the heater housing and the partition wall. This reliably prevents a fluid located in the area of the heating chamber from entering the connection chamber.
  • the electrical heating device is operated with high voltage, for example in an electrically operated motor vehicle, there is increased electrical safety.
  • the field of application of the electrical heating device is in particular in the field of automotive technology. An electric heater installed in a motor vehicle is subject to considerable vibrations.
  • the electrical heating device is designed to be vibration-proof to an increased extent.
  • the present invention specifies a method having the features of claim 7. A preferred development of the method is given in claim 8.
  • the Figure 1 shows an exemplary embodiment of an electrical heating device 100 with a multi-part housing which comprises a lower housing part 102 made of plastic and an upper housing part 104 made in one piece from metal by means of die-casting.
  • the lower housing part 102 is trough-shaped and encloses a heating chamber 106, to which inlet and outlet nozzles 110 protruding from a base 106 are provided.
  • a plurality of PTC heating devices 112 are shown, which have a PTC element 113 within a heater housing 111 which is closed on the periphery and on the underside and which makes electrical contact therewith, which has conductor tracks 115, cf. Figure2 .
  • the conductor tracks 115 are electrically connected via contact tongues 114.
  • the PTC heating devices 112 are held with plug-in contact in receptacles 116 provided for this purpose in a partition 117 of the upper housing part 104.
  • a seal 119 is also provided, which circumferentially surrounds the heater housing 111 and is pressed into the receptacle 116.
  • a high-voltage plug element is identified by reference numeral 118, which is screwed to the lower housing part 104 and which has contact elements protruding into a connection chamber 120 of the upper housing part 104. These contact elements are electrically connected to a printed circuit board, identified by reference numeral 122, which can be received in the trough-shaped upper housing part 104.
  • a seal is identified by reference numeral 124, which seals the lower housing part 102 from the upper housing part 104 and thus seals off the heating chamber 106.
  • a contacting device 130 is arranged above the upper housing part 104 and below the printed circuit board 122, which connects all contact tongues 114 electrically and groups individual PTC heating devices 112 to form heating circuits.
  • An electrical connection between the contacting device 130 and the printed circuit board 122 is established via contact tongues 132 protruding from the contacting device 130.
  • a control signal plug-in element is shown with reference numeral 134. This control signal plug-in element 134 is screwed against the printed circuit board 122.
  • a further circumferential seal 136 and a control housing cover 138 are shown above the circuit board 122, by means of which the connection chamber 120 of the upper housing part 104 is covered and sealed.
  • the control housing cover 138 is made of metal in order, together with the upper housing part 104, to shield electromagnetic radiation that is generated by switching the power current within the control housing 104, 136, 138.
  • a support frame 140 is arranged between the control housing cover 138 and the circuit board 122, which supports compression elements 142 between itself and the circuit board 122 in order, for example, to press power transistors mounted on the circuit board 122 against cooling surfaces that are thermally connected to cooling domes extended into the heating chamber 106. The cooling surfaces are connected to the power transistors in a thermally conductive manner.
  • connecting rods 144 engage behind locking projections 145, which are provided on the lower housing part 102 and the upper housing part 104 in order to connect the two parts 102, 104 to one another in a form-fitting and captive manner. Details are in the EP 2 796 804 A1 described.
  • control housing cover 138 together with the upper housing part 104 and the seal 136, forms a control housing 146. Due to their metallic materials, the control housing cover 138 and the upper housing part 104 form a shield around the control device 148 accommodated in this control housing 146, which is essentially formed by the printed circuit board 122.
  • a connecting bolt 150 protrudes from the control housing 146 in the direction of the plug-in elements 118, 134 support 110. This connecting bolt 150 is used to connect the metallic control housing 146 to a ground phase and is screwed to the control housing 146.
  • FIG. 3 a side view in an exploded view with the upper housing part 102, the partition 117 of which forms a plurality of receptacles 116 into which the PTC heating devices 112 are to be inserted.
  • One of the PTC heaters 112 is shown in FIG Fig. 3 shown in alignment with a setting tool 200. It can be seen that the PTC heating device 112 carries the seal 119, which is already mounted on the heater housing 111.
  • the PTC heating device 112 is first inserted into the associated receptacle 116.
  • the seal 119 is pressed into the receptacle. This already results in sufficient sealing of the PTC heating device 112 in the associated receptacle 116.
  • the setting tool 200 carries a press ring 202 at its front end.
  • This press ring 202 is arranged at the front end of the chamber-shaped setting tool 200.
  • the chamber of the setting tool 200 is designed in such a way that it can basically accommodate the heating device 112 completely (cf. Fig. 5 ).
  • a holder, not shown in detail, of the setting tool for releasably securing the press ring 202 is provided with deformation projections 204 directly adjacent to the press ring 202, contrary to an insertion direction marked with an E.
  • the press ring 202 is made entirely of metal. Due to the direct contact with the inner circumferential surface of the receptacle 116, it is in electrical contact with the upper housing part 102. However, even after being pressed into the receptacle 116, it is in contact with the outer circumferential surface of the heater housing 111 the heater housing 111 and the upper housing part 102 causes. The heater housing 111 is accordingly electrically integrated into the shielding of the upper part of the housing.
  • the deformation projections 204 are pressed against the front edge of the receptacle 116, which leads to a plastic deformation of the edges of the receptacle 116.
  • the first extending exclusively in the insertion direction E and defining the receptacle 116 becomes Material also deformed radially inward and towards the heater housing 111.
  • parts of the partition 117 overlap the press ring 202, which is thus secured in the receptacle 116 in a form-fitting manner.
  • the corresponding deformation areas are in the Figures 7 and 8 identified as caulking deformations 208.
  • the caulking deformation 208 is deformed downwards in the insertion direction E and also radially inwards with respect to the free edge of the receptacle 116, which is identified by the reference numeral 210.
  • neighboring receptacles 116 can share a common wall (cf. Fig. 6 ), so that when the edge 210 is caulked, a plurality of previously inserted press rings 202 are secured in a form-fitting manner in the associated receptacle 116 in the manner described above.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung (2) umfassend ein Gehäuse (102, 104, 138) mit einer Trennwand (117), die eine Anschlusskammer (120) von einer Heizkammer (106) zur Abgabe von Wärme trennt und von der zumindest eine PTC-Heizeinrichtung (112) mit einem Heizergehäuse (111) in Richtung auf die Heizkammer (106) abragt, in dem zumindest ein PTC-Element (113) und zur Bestromung des PTC-Elementes (113) mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen (115), die in der Anschlusskammer (120) elektrisch angeschlossen sind, isoliert abgestützt sind, und das über eine in einer das Heizergehäuse (111) umfänglich umgebenden Aufnahme (116) der Trennwand (117) angeordnete Dichtung (119) gegenüber der Trennwand (117) abgedichtet ist. Zur verbesserten Abdichtung der PTC-Heizeinrichtung (12) wird mit der vorliegenden Erfindung ein in der Aufnahme (116) angeordneter Pressring (202) vorgeschlagen, der das Heizergehäuse (11) umfänglich umgibt und die Dichtung (119) in der Aufnahme (116) sichert. Mit ihrem verfahrensmäßigen Aspekt schlägt die vorliegende Erfindung vor, einen Pressering (202) in die Aufnahme (116) einzubringen und in der Aufnahme (116) lagezusichern.

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 eine PTC-Heizeinrichtung Richtung auf die Heizkammer ab. Dieses PTC- Heizeinrichtung 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 hinsichtlich der Abdichtung der PTC-Heizeinrichtung verbesserte elektrische Heizvorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizvorrichtung anzugeben.
  • Zur Lösung des vorrichtungsmäßigen Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben.
  • Bei dieser elektrischen Heizvorrichtung ist das Heizergehäuse wie an sich aus dem Stand der Technik bekannt gegenüber der Aufnahme mit einer Dichtung abgedichtet. Die Dichtung umgibt das Heizergehäuse umfänglich. So bildet die Aufnahme ein weibliches Steckelement einer mechanischen Kopplung des Heizergehäuses zusammen mit der Dichtung aus. Die Dichtung kann in an sich bekannter Weise vor der Montage des Heizergehäuses an der Trennwand mit dem Heizergehäuse verbunden sein, insbesondere durch Spritzgießen eines elastomeren Kunststoffs mit dem Heizergehäuse stoffschlüssig verbunden sein. Alternativ kann die Dichtung auch separat hergestellt und formschlüssig in einer an dem Heizergehäuse ausgebildeten Dichtungsaufnahme eingesetzt sein.
  • Die Dichtung besteht aus einem weichelastischen Kunststoff, in der Regel Elastomer, besonders bevorzugt ist die Dichtung aus einem Silikon gebildet.
  • Nach der vorliegenden Erfindung ist in der Aufnahme ein Pressring angeordnet, der das Heizergehäuse umfänglich umgibt und die Dichtung in der Aufnahme sichert. Der Pressring ist in die Aufnahme eingepresst und dadurch zwischen dem Heizergehäuse und einer die Aufnahme definierenden Wandung der Trennwand verpresst. Die Halterung des Pressrings kann form- und/oder kraftschlüssig erfolgen. So schafft der Pressring eine Sicherung des Heizergehäuses in der Aufnahme und verhindert ein Herauslösen der Dichtung aus der Aufnahme.
  • Idealerweise werden mit dem Pressring sowohl das Heizergehäuse als auch die Dichtung in der Aufnahme gesichert. Hierzu kann sich der Pressring zwischen der Dichtung und der Heizkammer befinden und dementsprechend ein Herausrutschen der Dichtung aus der Aufnahme in Richtung auf die Heizkammer verhindern. Alternativ kann die Dichtung mit dem Pressring auch als einheitliches Bauteil ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Pressring in das Material der Dichtung bei der Herstellung der Dichtung eingebettet. In Einsetzrichtung des Heizergehäuses in die Aufnahme kann dabei der Bereich des Pressrings am hinteren Ende dieser Einheit aus Pressring und Dichtung vorgesehen sein, wohingegen das elastomere Material der Dichtung ohne einen eingelegten Pressring am vorderen Ende vorgesehen ist und allein die Abdichtung bewirkt.
  • Der Pressring kann eine metallische Struktur aufweisen. Bevorzugt ist der Pressring elektrisch leitend ausgebildet. In diesem Fall liegt der Pressring elektrisch leitend gegen die Außenumfangsfläche des Heizergehäuses und die Innenumfangsfläche der Aufnahme an. Die durch das Heizergehäuse um das PTC-Element und die Kontaktbleche gebildete Abschirmung wird damit elektrisch leitend mit einer Abschirmung verbunden, die die Trennwand beinhaltet und Steuerkomponenten innerhalb der Anschlusskammer abschirmt. Über den Pressring ist dementsprechend das Heizergehäuse elektrisch mit einem Massepol des Gehäuses verbunden, der der Abschirmung der elektrischen Heizvorrichtung insgesamt dient. Der Massepol liegt an der Außenseite der elektrischen Heizvorrichtung für den Anschluss eines Massekabels frei. Es handelt sich üblicherweise um einen Bolzen, der elektrisch leitend mit einem Teil des Heizergehäuses, insbesondere denjenigen Teil, der die Anschlusskammer umfänglich umgibt, verbunden ist.
  • Auch wird durch den Pressring eine verbesserte Wärmeleitung zwischen dem Heizergehäuse und dem Gehäuse geschaffen. Im Bereich der Aufnahme wird die Wärme von dem Heizergehäuse dementsprechend in verbesserter Weise unmittelbar an das Gehäuse abgeleitet, das insofern einen größeren Beitrag zur Wärmeauskopplung als im Stand der Technik leisten kann. Auch der thermische Eintrag in eine durch die Trennwand getrennte und jenseits der Aufnahme platzierte Steuerelektronik wird reduziert.
  • Der Pressring ist bevorzugt über eine Verstemmung des Gehäuses in der Aufnahme gesichert. Dazu werden üblicherweise die die Aufnahme umgebenden Bereiche, die durch das Gehäuse gebildet werden, verstemmt, sodass die zunächst vor der Montage zylindrischen Wände der Aufnahme, die sich in Einbringrichtung des Heizergehäuses erstrecken, an ihrem freien Ende nach innen ausgeformt werden, sodass diese den Pressring und/oder die Dichtung überragen. Beim Verstemmen wird dementsprechend die Trennwand in der Wand der Aufnahme plastisch verformt. Die plastische Verformung kann eine Kaltverformung sein, und zwar insbesondere für den Fall, dass die Trennwand aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist. Die Verformung kann aber auch eine Warmverformung sein. Diese Verfahrensführung ist insbesondere bei einer aus Kunststoff gebildeten Trennwand zu bevorzugen. Die jeweils wirkende Temperatur vereinfacht das plastische Verformen des Kunststoffs.
  • Zur Vervollständigung der Abschirmung wird bei einer solchen Ausgestaltung üblicherweise ein Anschlussbolzen im Bereich der Aufnahme vorgesehen, der mit dem Pressring nach der Montage elektrisch kontaktiert ist, um die durch das Heizergehäuse bewirkte Abschirmung um das PTC-Element mit einer Abschirmung der elektrischen Heizvorrichtung elektrisch zu verbinden. Diese Abschirmung kann beispielsweise durch ein in die Anschlusskammer eingelegtes Abschirmgehäuse ausgeformt oder eine metallisches und die Anschlusskammer umgebendes Anschluss- oder Steuergehäuse ein.
  • Nach einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung hat der Pressring mehrere, an seiner Außenumfangsfläche abragende und sich üblicherweise in Einbringrichtung erstreckende Kontaktvorsprünge. Diese Vorsprünge verkrallen mit der Innenumfangsfläche der Wand der Aufnahme und bewirken eine sichere Verbindung zwischen dem Pressring und der Aufnahme.
  • Der in der Aufnahme angeordnete Pressring verbessert die Halterung der Dichtung und verbessert dementsprechend die Abdichtung zwischen dem Heizergehäuse und der Trennwand. Es wird damit sicher vermieden, dass ein im Bereich der Heizkammer befindliches Fluid in die Anschlusskammer übertritt. So ergibt sich insbesondere beim Betrieb der elektrischen Heizvorrichtung mit Hochvolt, beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugt, eine erhöhte elektrische Sicherheit. Der Anwendungsbereich der elektrischen Heizvorrichtung liegt insbesondere im Bereich der KFZ-Technik. Eine in einem Kraftfahrzeug eingebaute elektrische Heizvorrichtung unterliegt erheblichen Vibrationen. Durch die zusätzliche Sicherung der Dichtung in der Aufnahme mit dem Pressring ist die elektrische Heizvorrichtung in erhöhtem Maße vibrationsfest ausgestaltet.
  • Zur Lösung des verfahrensmäßigen Problems wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 7 angegeben. Eine bevorzugte Weitebildung des Verfahrens ist in Anspruch 8 angegeben.
  • 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 Explosionsdarstellung des Ausführungsbeispiels der elektrischen Heizvorrichtung;
    Fig. 2
    eine Längsschnittansicht der PTC-Heizeinrichtung (des Ausführungsbeispiels ohne Dichtung;
    Fig. 3
    eine perspektivische Seitenansicht eines Details der elektrischen Heizvorrichtung vor dem Fügen der PTC-Heizeinrichtung;
    Fig. 4
    das Detail gemäß Fig. 3 in einer vergrößerten Ansicht beim Fügen der PTC-Heizeinrichtung;
    Fig. 5
    eine Ansicht gemäß Fig. 4 am Ende des Fügens der PTC-Heizeinrichtung, die noch in dem Setzwerkzeug aufgenommen ist;
    Fig. 6
    eine Ansicht Fig. 4 oder 5 nach dem Fügen der PTC-Heizeinrichtung nach dem Entfernen des Setzwerkzeugs;
    Fig. 7
    eine perspektivische Seitenansicht der PTC-Heizeinrichtung nach dem Verstemmen und
    Fig. 8
    eine Draufsicht auf die PTC-Heizeinrichtung nach dem Verstemmen.
  • Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung 100 mit einem mehrteiligen Gehäuse, das ein aus Kunststoff ausgebildetes Gehäuseunterteil 102 und ein mittels Druckguss einteilig aus Metall ausgebildetes Gehäuseoberteil 104 umfasst.
  • Das Gehäuseunterteil 102 ist wannenförmig ausgebildet und umschließt eine Heizkammer 106, zu der von einem Boden 106 abragende Ein- und Auslassstutzen 110 vorgesehen sind.
  • Zwischen dem Gehäuseoberteil 104 und dem Gehäuseunterteil 102 ist in der Figur 1 eine Vielzahl von PTC-Heizeinrichtungen 112 dargestellt, die innerhalb eines umfänglich und unterseitig geschlossenen Heizergehäuses 111 ein PTC-Element 113 und elektrisch leidend damit kontaktierte aufweisen, die über Leiterbahnen 115 aufweist, vgl. Figur2. Die Leiterbahnen 115 werden über Kontaktzungen 114 elektrisch angeschlossen. Die PTC-Heizeinrichtungen 112 sind steckkontaktiert in dazu vorgesehenen Aufnahmen 116 einer Trennwand 117 des Gehäuseoberteils 104 gehalten. In dieser Aufnahme 116 ist auch eine Dichtung 119 vorgesehen, die das Heizergehäuse 111 umfänglich umgibt und in der Aufnahme 116 verpresst ist.
  • Details dieser Ausgestaltung sind in der auf die Anmelderin zurückgehenden EP 3 334 242 A1 beschrieben.
  • Zwischen dem Gehäuseunterteil 102 und dem Gehäuseoberteil 104 sind weitere Elemente der Heizvorrichtung 100 dargestellt. Mit Bezugszeichen 118 ist ein Hochvolt-Steckelement gekennzeichnet, das mit dem Gehäuseunterteil 104 verschraubt wird und bis in eine Anschlusskammer 120 des Gehäuseoberteils 104 hineinragende Kontaktelemente aufweist. Diese Kontaktelemente sind mit einer mit Bezugszeichen 122 gekennzeichneten Leiterplatte elektrisch verbunden, die in dem wannenförmigen Gehäuseoberteil 104 aufgenommen werden kann. Mit Bezugszeichen 124 ist eine Dichtung gekennzeichnet, die das Gehäuseunterteil 102 gegenüber dem Gehäuseoberteil 104 und damit die Heizkammer 106 abdichtet.
  • Oberhalb des Gehäuseoberteils 104 und unterhalb der Leiterplatte 122 ist eine Kontaktierungseinrichtung 130 angeordnet, die sämtliche Kontaktzungen 114 elektrisch anschließt und einzelnen PTC-Heizeinrichtungen 112 zu Heizkreisen gruppiert. Über von der Kontaktierungseinrichtung 130 abragende Kontaktzungen 132 wird eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktierungseinrichtung 130 und der Leiterplatte 122 hergestellt. Mit der Leiterplatte 142 verbunden und von dieser abragend ist mit Bezugszeichen 134 ein Steuersignal-Steckelement gezeigt. Dieses Steuersignal-Steckelement 134 ist gegen die Leiterplatte 122 verschraubt.
  • Oberhalb der Leiterplatte 122 ist eine weitere umlaufende Dichtung 136 und ein Steuergehäusedeckel 138 gezeigt, durch welches die Anschlusskammer 120 des Gehäuseoberteils 104 abgedeckt und abgedichtet wird. Der Steuergehäusedeckel 138 ist aus Metall ausgebildet, um zusammen mit dem Gehäuseoberteil 104 elektromagnetische Strahlung abzuschirmen, die durch das Schalten des Leistungsstromes innerhalb des Steuergehäuses 104, 136, 138 entsteht. Zwischen dem Steuergehäusedeckel 138 und der Leiterplatte 122 ist ein Stützgerippe 140 angeordnet, das Kompressionselemente 142 zwischen sich und der Leiterplatte 122 abstützt, um beispielsweise auf der Leiterplatte 122 montierte Leistungstransistoren gegen Kühlflächen anzudrücken, die wärmeleitend mit in die Heizkammer 106 verlängerte Kühldomen verbunden sind. Die Kühlflächen sind wärmeleitend mit den Leistungstransistoren verbunden.
  • Verbindungsstangen 144 hintergreifen nach der Montage Verriegelungsvorsprünge 145, die an dem Gehäuseunterteil 102 und dem Gehäuseoberteil 104 vorgesehen sind, um die beiden Teile 102, 104 formschlüssig und unverlierbar miteinander zu verbinden. Details hierzu sind in der EP 2 796 804 A1 beschrieben.
  • Der Steuergehäusedeckel 138 bildet zusammen mit dem Gehäuseoberteil 104 und der Dichtung 136 ein Steuergehäuses 146 aus. Dabei bilden der Steuergehäusedeckel 138 und das Gehäuseoberteil 104 aufgrund ihrer metallischen Werkstoffe eine Abschirmung um die in diesem Steuergehäuses 146 aufgenommene Steuervorrichtung 148, die im Wesentlichen durch die Leiterplatte 122 gebildet ist. Von dem Steuergehäuse 146 ragt in Richtung der Steckelemente 118, 134 unterstützen 110 ein Anschlussbolzen 150 ab. Dieser Anschlussbolzen 150 dient dem Anschluss des metallischen Steuergehäuses 146 an eine Massephase und ist mit dem Steuergehäuses 146 verschraubt.
  • Die Montage der PTC-Heizeinrichtung 112 in der Aufnahme 116 ergibt sich insbesondere aus der nachfolgenden Beschreibung der Fig. 3 bis 8.
  • Dabei zeigt Fig. 3 eine Seitenansicht in Explosionsdarstellung mit dem Gehäuseoberteil 102, dessen Trennwand 117 eine Vielzahl von Aufnahmen 116 ausformt, in die die PTC-Heizeinrichtungen 112 einzusetzen sind. Eine der PTC-Heizeinrichtungen 112 ist in Fig. 3 fluchtend zu einem Setzwerkzeug 200 gezeigt. Ersichtlich trägt die PTC-Heizeinrichtung 112 die Dichtung 119, die an dem Heizergehäuse 111 bereits montiert ist.
  • Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, wird die PTC-Heizeinrichtung 112 zunächst in die zugeordnete Aufnahme 116 eingesetzt. Dabei wird die Dichtung 119 in der Aufnahme verpresst. Bereits hierdurch ergibt sich eine hinreichende Abdichtung der PTC-Heizeinrichtung 112 in der zugeordneten Aufnahme 116.
  • Das Setzwerkzeug 200 trägt an seinem vorderen Ende einen Pressring 202. Dieser Pressring 202 ist an dem vorderen Ende des kammerförmigen Setzwerkzeuges 200 angeordnet. Die Kammer des Setzwerkzeuges 200 ist so ausgebildet, dass sie die Heizeinrichtung 112 im Grunde vollständig aufnehmen kann (vgl. Fig. 5). Eine nicht detailliert dargestellte Halterung des Setzwerkzeuges zum lösbaren Befestigen des Pressrings 202 ist entgegen einer mit E gekennzeichneten Einbringrichtung unmittelbar benachbart zu dem Pressring 202 mit Verformungsvorsprüngen 204 versehen. Beim Überstülpen des Setzwerkzeuges 200 zusammen mit dem Pressring 202 über die PTC-Heizeinrichtung 112 wird der Pressring 202 zum einen in die Aufnahme 116 eingeschoben und dabei eingepresst. An dem Pressring 202 vorgesehene Kontaktvorsprünge 206, die sich in Einbringrichtung E erstrecken und die ansonsten glatte Außenumfangsfläche des Pressrings 202 überragen, verkrallen sich mit der Innenwand der Aufnahme 116. Vorliegend ist der Pressring 202 vollständig aus Metall gebildet. Er steht aufgrund der unmittelbaren Kontaktierung der Innenumfangsfläche der Aufnahme 116 in elektrischem Kontakt mit dem Gehäuseoberteil 102. Er steht aber auch nach dem Einpressen in die Aufnahme 116 in Kontakt mit der Außenumfangsfläche des Heizergehäuses 111. So wird durch Einpressen des Pressrings 202 eine elektrische Kontaktierung zwischen dem Heizergehäuse 111 und dem Gehäuseoberteil 102 bewirkt. Das Heizergehäuse 111 ist dementsprechend in die Abschirmung des Gehäuseoberteils elektrisch integriert.
  • Im Rahmen der Einsetzbewegung des Setzwerkzeuges 200 werden die Verformungsvorsprünge 204 gegen den vorderen Rand der Aufnahme 116 gedrückt, was zu einer plastischen Verformung der Ränder der Aufnahme 116 führt. Durch dieses Verstemmen wird das zunächst sich ausschließlich in Einbringrichtung E erstreckende und die Aufnahme 116 definierende Material auch radial nach innen und in Richtung auf das Heizergehäuse 111 verformt. So übergreifen Teile der Trennwand 117 nach dem Verstemmen den Pressring 202, der somit formschlüssig in der Aufnahme 116 gesichert ist.
  • Die entsprechenden Verformungsbereiche sind in den Fig. 7 und 8 als Verstemmverformungen 208 gekennzeichnet. Die Verstemmverformung 208 ist gegenüber dem freien und mit Bezugszeichen 210 gekennzeichneten Rand der Aufnahme 116 in Einbringrichtung E nach unten und auch radial nach innen verformt. Wie ersichtlich können sich benachbarte Aufnahmen 116 eine gemeinsame Wand teilen (vgl. Fig. 6), so dass bei dem Verstemmen des Randes 210 mehrere zuvor eingelegte Pressringe 202 in der zuvor beschriebenen Weise formschlüssig in der zugeordneten Aufnahme 116 gesichert werden.

Claims (8)

  1. Elektrische Heizvorrichtung (2) umfassend ein Gehäuse (102, 104, 138) mit einer Trennwand (117), die eine Anschlusskammer (120) von einer Heizkammer (106) zur Abgabe von Wärme trennt und von der zumindest eine PTC-Heizeinrichtung (112) mit einem Heizergehäuse (111) in Richtung auf die Heizkammer (106) abragt, in dem zumindest ein PTC-Element (113) und zur Bestromung des PTC-Elementes (113) mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen (115), die in der Anschlusskammer (120) elektrisch angeschlossen sind, isoliert abgestützt sind, und das über eine in einer das Heizergehäuse (111) umfänglich umgebenden Aufnahme (116) der Trennwand (117) angeordnete Dichtung (119) gegenüber der Trennwand (117) abgedichtet ist,
    gekennzeichnet durch
    einen in der Aufnahme (116) angeordneten Pressring (202), der das Heizergehäuse (111) umfänglich umgibt und die Dichtung (119) in der Aufnahme (116) sichert.
  2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Element (113) und die Leiterbahnen (115) in dem Heizergehäuse (111) abgeschirmt aufgenommen sind und dass der Pressring (202) elektrisch leitend ist und das Heizergehäuse (111) elektrisch mit einem Massepol des Gehäuses (102, 204, 138) verbindet.
  3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressring (202) und die Dichtung (119) in einem einheitlichen Bauteil verwirklicht sind.
  4. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressring (202) zwischen der Dichtung (119) und der Heizkammer (106) angeordnet ist.
  5. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressring (202) über eine Verstemmung des Gehäuses (102, 204, 138) in der Aufnahme (116) gesichert ist.
  6. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressring (202) an seiner Außenumfangsfläche mehrere, sich in einer Einbringrichtung (E) der Aufnahme erstreckende Kontaktvorsprünge (206) aufweist, die jedenfalls teilweise unter plastischer Verformung in der Aufnahme (116) anliegen.
  7. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung, bei dem zunächst ein Gehäuse (102, 204, 138) mit einer Trennwand (117), die eine Anschlusskammer (120) von einer Heizkammer (106) zur Abgabe von Wärme trennt, und zumindest eine PTC-Heizeinrichtung (112) mit einem Heizergehäuse (111), in dem zumindest ein PTC-Element (113) und zur Bestromung des PTC-Elementes (113) mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen (115), die isoliert in dem Heizelementgehäuse (111) abgestützt sind, hergestellt werden, und die PTC-Heizeinrichtung (112) in eine Aufnahme (116) der Trennwand (117) so eingebracht wird, dass es von der Trennwand (117) in Richtung auf die Heizkammer (106) abragt, dadurch gekennzeichnet, dass in die Aufnahme (116) ein Pressring (202) eingebracht und in der Aufnahme lagegesichert wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressring (202) durch Verstemmen des Gehäuses (102, 204, 138) lagegesichert wird.
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