EP4032370A1

EP4032370A1 - Fluidheizer

Info

Publication number: EP4032370A1
Application number: EP20772286.9A
Authority: EP
Inventors: Alexander Krämer; Simon Fischer; Sebastian Schöneich
Original assignee: DBK David and Baader GmbH
Current assignee: DBK David and Baader GmbH
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2022-07-27
Also published as: CN114451070A; DE102019133039A1; WO2021052964A1; WO2021052965A1; EP4032369A1; DE102019133043A1; EP4032369B1; US20220377877A1

Abstract

Offenbart ist ein Fluidheizer, bei dem ein Heizelement durch eine Platine ausgebildet ist, die einen Teil eines Fluidraums begrenzt.

Description

Fluidheizer

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Fluidheizer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Fluidheizer werden vorzugsweise zum Erwärmen von gasförmigen oder flüssigen Medien, beispielsweise Luft oder Wasser verwendet. Der Grundaufbau dieser Fluidheizer ist beispielsweise in der auf die Anmelderin zurückgehenden Druckschrift DE 102016 122767 A1 erläutert. Dieser zur Erwärmung von Luft ausgeführte Fluidheizer hat ein als Rohrheizkörper ausgeführtes Heizelement, dessen Wärme über einen Wärmetauscher, auch Wärmeverteilelement genannt, auf das zu erwärmende Fluid übertragen wird. Bei dem konkret in der DE 102016 122767 A1 beschriebenen Fluidheizer ist dieses Wärmeverteilelement als Metallschwamm oder Drahtgewebe/Drahtgeflecht ausgebildet, wobei die dadurch gebildeten Poren oder Kanäle von dem Fluid durchströmt werden. Selbstverständlich können auch andere Wärmeverteilelemente, beispielsweise Strangpressprofile oder Wellrippen zum Wärmeaustausch eingesetzt werden. Die Ansteuerung des Heizelementes erfolgt über eine Steuer- und Leistungselektronik, deren Schaltung auf einer Platine/Leiterplatte ausgebildet ist und die in einem Elektronikgehäuse angeordnet ist, das an ein das Heizelement und das Wärmeverteilelement aufnehmendes Gehäuse angesetzt ist. An diesem sind auch ein Zulauf und ein Ablauf für das zu erwärmende Fluid ausgebildet.

In der Druckschrift DE 102012209936 A1 ist ein Dickschichtheizer beschrieben, bei dem auf einem Substrat Leiterbahnen durch ein additives Verfahren aufgebracht sind. Diese Leiterbahnen bilden einen Heizwiderstand einer Heizeinrichtung aus.

In der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden DE 102018 106354 A1 wird vorgeschlagen, auf der Platine angeordnete Leistungshalbleiter als Heizelemente zu verwenden, so dass die beim Betrieb der Leistungshalbleiter entstehende Wärme über ein Wärmeverteilelement auf das zu erwärmende Fluid übertragen wird.

Problematisch bei dieser Lösung ist, dass die über die Leistungshalbleiter erzeugte Wärme mit Bezug zur gesamten Wärmeaustauschfläche nur punktuell erzeugt wird, so dass ein erheblicher Aufwand erforderlich ist, um durch entsprechende Ausgestaltung des Wärmeverteilelementes eine flächige Wärmeübertragung zu ermöglichen. Zudem ist der vorrichtungstechnische Aufwand bei dieser Lösung erheblich, da die Verschaltung der im Wesentlichen zur Heizung verwendeten Leistungshalbleiter gegenüber den herkömmlichen Lösungen mit Rohrheizkörpern oder PTC-Heizelementen komplex und zudem aufgrund des vergleichsweise hohen Preises der Halbleiter auch teuer ist.

Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Lösung besteht darin, dass die auch als IMS-Platine ausgebildete Leiterplatte flächig an die Umfangswandung des Fluidkanals angesetzt werden muss, so dass zur Optimierung des Wärmeübergangs der Fluidkanal und die Platinengeometrie aufeinander abgestimmt sein müssen - dies erfordert einen erheblichen fertigungstechnischen Aufwand.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Fluidheizer mit vereinfachtem Aufbau zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Fluidheizer mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Fluidheizer hat ein Heizelement, das zumindest abschnittsweise durch eine Platine ausgebildet ist. Diese ist dazu ausgelegt, ein einen Fluidraum durchströmendes oder in diesem aufgenommenes Fluid zu erwärmen. Die Platine begrenzt erfindungsgemäß zumindest einen Abschnitt des Fluidraums. Bei einer derartigen Lösung kann die Platine sozusagen eine Zweifachfunktion ausführen - sie ist zum einen als Heizelement ausgeführt und begrenzt zudem noch einen Fluidraum und hat somit die Funktion einer Fluidraumwandung. Durch dieses Konzept lässt sich der vorrichtungstechnische Aufwand bei der Erstellung von Heizern gegenüber herkömmlichen Lösungen ganz erheblich reduzieren. Des Weiteren zeichnet sich der erfindungsgemäße Fluidheizer aufgrund der Mehrfachfunktion der Platine durch sehr kompakte Abmessungen aus. Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich jedoch auch dann realisieren, wenn die Platine nicht als Heizelement ausgeführt ist, sondern lediglich Steuer- und Regelungsfunktionen ermöglicht. Prinzipiell kann der Fluidraum auch durch eine mit einer Heizfunktion ausführten Platine und zusätzlich durch eine mit einer Steuerungs-/Regelfunktion ausgeführten Platine abschnittsweise begrenzt sein.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zwei Platinen des Fluidheizers, vorzugsweise im Parallelabstand zueinander, in dem Gehäuse angeordnet, wobei beide Platinen den Fluidraum zumindest abschnittsweise begrenzen. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass zwei Platinen parallel zueinander angeordnet sind, prinzipiell können die Platine in jedem Umfangsbereich der Fluidraumwandung, beispielsweise im Winkel zueinander angeordnet sein.

Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel kann beispielsweise eine Platine im Hinblick auf die maximale Heizleistung ausgelegt sein, während die andere Platine im Hinblick auf die Ansteuerung der Heizkreise optimiert ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel begrenzen die Platinen gemeinsam einen zwischenliegenden Fluidraum.

Bei einer alternativen Lösung können die Platinen mit den jeweiligen Wärmeaustauschflächen zu Gehäusedeckeln hin weisend angeordnet sein, so dass zwei miteinander in Fluidverbindung stehende Teilfluidräume ausgebildet sind, während der mittig zwischen den Platinen ausgebildete Raum als Elektronikraum nutzbar ist. Die Ausbildung als Heizelement ist besonders einfach, wenn die Platinen als IMS- Platinen ausgeführt sind.

Der Bauraum lässt sich weiter minimieren, wenn jede IMS-Platine mehrlagig mit zumindest zwei Funktionslagen ausgeführt ist, in denen jeweils ein Heizelement und/oder die Steuerschaltung und/oder Leistungselektronik ausgebildet sein kann. Demgemäß kann eine Lage der IMS-Platine als Heizelement ausgeführt sein und eine andere Lage eine Steuerschaltung oder Leistungselektronik ausbilden. Selbstverständlich sind auch Mischformen realisierbar, bei denen eine Lage sowohl als Heizelement als auch im Sinne der Ansteuerung von Komponenten wirksam ist. Prinzipiell kann die IMS-Platine auch einlagig ausgeführt sein, wobei diese Lage sowohl die Funktion eines Heizelementes als auch einer Steuerschaltung/Leistungselektronik erfüllt - in diesem Fall hat die IMS-Platine eine Dreifachfunktion (Heizelement, Ausbildung einer Fluidraumwandung und Teil einer Steuerschaltung/Leistungselektronik).

Die Anordnung einer IMS-Platine erfolgt vorzugsweise derart, dass eine Wärmeverteilschicht der Platine den Fluidraum direkt begrenzt.

Bei einer alternativen Lösung kann zur Verbesserung der Wärmeübertragung an die Wärmeverteilschicht der Platine ein Fluidführungselement angesetzt werden, das vorzugsweise auch zur Fluidführung ausgelegt ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Wärmeverteilschicht partiell gegenüber der Platinenebene umgebogen, um beispielsweise eine Kontaktfahne oder zumindest eine Wandung des Fluidraums auszubilden. In dem Fall, in dem eine Kontaktfahne oder ein sonstiges Kontaktelement ausgebildet werden soll, kann ein Endabschnitt einer Leiterbahn in den umgebogenen Bereich hineingeführt werden.

Weiterhin ist es möglich, dass in dem umgebogenen Abschnitt zumindest ein Heizstrang ausgebildet ist, der über Abschnitte der Leiterbahn, die über die gebogenen Bereiche hinweg geführt sind, kontaktiert wird. Möglich ist es auch, zumindest einen Heizstrang abschnittsweise im umgebogenen Bereich verlaufen zu lassen. Der vorrichtungstechnische Aufwand lässt sich weiter verringern, wenn die Platine zumindest einen durch eine Leiterbahn gebildeten Heizstrang hat, der im Hinblick auf eine vorbestimmte Heizleistung zur Erwärmung des Fluids ausgelegt ist.

Bauteile der Leistungselektronik, wie beispielsweise Halbleiterbauelemente können ebenfalls zur Erwärmung des Fluids genutzt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fluidheizers;

Figur 2 den Fluidheizer gemäß Figur 1 mit abgenommenen Deckel;

Figur 3 eine Prinzipdarstellung einer IMS-Leiterplatte des Fluidheizers gemäß den Figuren 1 und 2;

Figur 4 eine Detaildarstellung der IMS-Leiterplatte gemäß Figur 3;

Figur 5 eine schematische Darstellung des Querschnittes einer derartigen IMS- Leiterplatte;

Figur 6 eine Darstellung zur Verdeutlichung der Geometrie zweier Heizstränge einer IMS-Leiterplatte gemäß den Figuren 4 und 5;

Figur 7 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 1 ;

Figur 8 einen entsprechenden Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Fluidheizers; Figur 9 eine Einzeldarstellung eines Formteils zur Fluidführung in einem erfindungsgemäßen Fleizer und

Figuren 10a, 10b stark schematisierte Darstellungen von Ausführungsbeispielen, bei denen die erfindungsgemäße Platine durch Umbiegen Anschlusselemente und/oder einen Fluidraum ausbildet.

Figur 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fluidheizers 1 , beispielsweise eines Flochvoltheizers, der beispielsweise zum Erwärmen von Wasser oder einer sonstigen Flüssigkeit genutzt wird. Der Fluidheizer 1 hat ein mehrteiliges Gehäuse 2 mit einem Mittelteil 4 und einem in der Ansicht gemäß Figur 1 oberen und unteren Deckel 6, 8. Dieses Gehäuse 2 begrenzt einen das zu erwärmende Fluid aufnehmenden Fluidraum, auf den in der Folge noch eingegangen wird. In diesem Fluidraum münden zwei Fluidanschlüsse 10, 12, wobei beispielsweise der Fluidanschluss 10 als Einlass und der Fluidanschluss 12 als Auslass ausgebildet sein kann. Beide Anschlüsse 10, 12 sind an ein das zu erwärmende Fluid führendes Leitungssystem angeschlossen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fluidanschlüsse 10, 12 als Anschlussstutzen am Mittelteil 4 ausgebildet. Selbstverständlich können diese Anschlüsse auch deckelseitig vorgesehen werden.

Das erfindungsgemäße Gehäuse 2 nimmt des Weiteren noch zumindest eine Platine 14 (siehe Figur 2) auf, die mit zumindest einem Heizkreis zum Erwärmen des Fluids ausgeführt ist und zusätzliche elektronische Bauelemente zur Ansteuerung dieses Heizkreises und sonstiger Heizerkomponenten aufweisen kann. Zur Stromversorgung dieser Steuer- und/oder Leistungselektronik sowie der Elektronikkomponenten ist bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel am Mittelteil 4 ein Niedervoltstecker 16 und ein Hochvoltstecker 18 ausgebildet, wobei letzterer zur Hochvolt-Spannungsversorgung und der Niedervoltstecker auch zur Signalübertragung dient. Zur Kompensation von im Betrieb auftretenden Druckschwankungen einem die Steuer- und Leistungselektronik aufnehmenden Elektronikraum ist ein in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 20 versehenes Druckausgleichselement vorgesehen. Die Gehäusekomponenten können beispielsweise im Hinblick auf eine EMV-Problematik aus geeignet beschichtetem Kunststoff oder aus einer geeigneten Metalllegierung hergestellt sein.

Figur 2 zeigt das Gehäuse 2 gemäß Figur 1 , wobei der obere Deckel 6 abgenommen ist. Man erkennt dann den oben erwähnten Elektronikraum 22, in dem die Platine 14 angeordnet ist, durch die zum einen eine Steuer- und/oder Leistungselektronik und zum anderen die eigentliche Heizung des Fluidheizers 1 ausgebildet sein kann. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Platine 14 mit zwei Heizkreisen 24, 26 ausgebildet, deren konkreter Aufbau später anhand der Figuren 3 bis 6 erläutert wird. Gemäß der Darstellung in Figur 2 füllt der Elektronikraum 22 nicht den gesamten Innenraum des Gehäuses 2 aus, sondern wird beispielsweise von einem bei diesem Ausführungsbeispiel etwa L-förmigen Außenraum 28 umgriffen, in dem weitere Komponenten des Fluidheizers, beispielsweise eine Verkabelung aufgenommen sein können.

Zwischen dem abgenommenen oberen Deckel 6 und der Platine 14 sowie zwischen dem unteren Deckel 8 und ggf. einerweiteren Platine oder der Platine 14 verbleibt jeweils ein in Figur 2 nicht sichtbarer Freiraum, in dem beispielsweise eine zusätzliche Steuerplatine oder sonstige Komponenten, wie beispielsweise ein Temperatursensor oder dergleichen aufgenommen sein können.

In an sich bekannter Weise sind an den in Figur 2 sichtbaren Stirnkanten des Mittelteils 4 Dichtkonturen 30 ausgebildet, die zur Lagefixierung einer Dichtung dienen. Entsprechende Konturen sind auch an dem oberen Deckel 6 und dem unteren Deckel 8 ausgebildet, so dass das Gehäuse 2 fluiddicht geschlossen werden kann. Die Verspannung des Mittelteils 4 mit den beiden Deckeln 6, 8 erfolgt über Schrauben, die in entsprechende Gewindebohrungen 32 des Mittelteils 4 eingeschraubt werden. Selbstverständlich kann anstelle einer derartigen Schraubverbindung das Gehäuse 2 auch stoffschlüssig verbunden werden.

Figur 3 zeigt eine Einzeldarstellung der im Gehäuse 2 aufgenommenen Platine 14. Diese ist als IMS-Platine ausgeführt - der prinzipielle Aufbau derartiger IMS-Platinen 14 wird später anhand Figur 5 erläutert. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel (siehe auch Figur 4) ist die Platine 14 - wie oben erwähnt - mit den beiden Heizkreisen 24, 26 ausgebildet, wobei der Heizkreis 24 auf eine Heizleistung von beispielsweise 2 KW und der Heizkreis 26 auf eine Heizleistung von beispielsweise 1 KW ausgelegt ist. Die Spannungsversorgung der beiden Heizkreise 24, 26 erfolgt über aus der Platinenebene herausragende Anschlussfahnen 34, 36 (Heizkreis 24) bzw. 38, 40 (Heizkreis 26), wobei das Zu- und Abschalten der im Folgenden noch näher beschriebenen Heizstränge über Schaltelemente 42, 44 erfolgt, die beispielsweise als IGBT-Bausteine ausgeführt sind und Teil der durch die Platine 14 ausgebildeten Schaltung sind. Die Anschlüsse dieser Schaltelemente 42, 44 sind in der Darstellung gemäß Figur 3 mit den Bezugszeichen 46, 48, 50, 52, 53 versehen. Auf der Platine 14 sind gemäß Figur 3 noch weitere Elektronikbauteile 54, 56 der Steuer- und/oder Leistungselektronik ausgeführt.

Prinzipiell kann in die durch die Platine 14 realisierte Schaltung auch ein Sensor zur Erfassung der Fluidtemperatur integriert sein.

Die beschriebenen Komponenten sitzen - wie vorstehend erläutert - auf der Platine 14, so dass deren Verlustleistung ebenfalls an das Fluid in Form von Wärme an das Fluid abgegeben wird. Eine derartige Lösung, bei der die elektronischen Bauelemente, beispielsweise Halbleiterbauelemente als Heizelemente ausgelegt sind, ist in der eingangs beschriebenen DE 102018 106354 A1 erläutert. Im Unterschied zu dieser Lösung sind durch Leiterbahnen gebildeten Heizstränge der beiden Heizkreise 24, 26 im Hinblick auf die zu übertragende Heizleistung ausgelegt. Wie eingangs erläutert, ist die erfindungsgemäße Platine jedoch nicht auf ein Ausführungsbeispiel beschränkt, bei der die Leiterbahnen gemeinsam mit Steuerelementen und/oder einer Leistungselektronik vorgesehen sind - prinzipiell reicht es aus, wenn auf der Platine 14 lediglich ein durch zumindest eine Leiterbahn gebildeter Heizstrang ausgeführt ist, der im Hinblick auf das Aufheizen eines Fluids ausgelegt ist.

Figur 4 zeigt den mit den vorgenannten elektronischen Bauelementen belegten Bereich der Platine 14 aus Figur 3 in einer Detailansicht. Man erkennt in dieser Darstellung recht deutlich, dass bei diesem Ausführungsbeispiel die beiden Heizkreise 24, 26 - wie vorstehend erwähnt - durch aus Leiterbahnen gebildete Heizstränge 58, 60 realisiert sind, wobei die Leiterbahnen jeweils mäanderförmig auf der Platine 14 ausgebildet sind. Dies wird später anhand Figur 6 verdeutlicht.

Wie eingangs erwähnt, ist die Platine 14 als IMS-Platine ausgeführt. Diese hat gemäß Figur 5 in an sich bekannter Weise eine Wärmeverteilschicht 62, die üblicher Weise aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer besteht und deren Schichtdicke zwischen 0,3 mm und 10 mm variieren kann. Als Standard hat sich eine Schichtdicke von etwa 1,5 mm durchgesetzt.

Auf dieser im Hinblick auf die optimale Wärmeübertragung auf das zu erwärmende Fluid ausgelegte Wärmeverteilschicht 62 ist eine integrierte Isolierschicht 64 aufgebracht, die typischer Weise eine Schichtstärke von 75 pm bis 200 pm aufweist und aus einem elektrisch gut isolierenden Material, vorzugsweise Kunststoff besteht.

Auf dieser Isolierschicht 64 wird dann die den eigentlichen Heizstrang 58, 60 ausbildende Leiterbahn 66 aufgebracht. Diese besteht aus einem durch Ätzen oder Fräsen bearbeitbaren Material, wie beispielsweise aus Kupfer, Zink, Silber, Gold oder Nickel, wobei Kupfer bevorzugt ist.

Wie in der DE 102018 106354 A1 erläutert, wird zunächst eine Leiterbahnschicht vollflächig aufgetragen und dann die im Folgenden noch näher erläuterte mäanderförmige oder bifilare Struktur der Heizstränge 58, 60 und die zu den vorgenannten Bauelementen/Schaltelementen führenden Leiterbahnabschnitte durch einen Ätzvorgang erzeugt, so dass sich die in den Figuren 4 und 6 angedeutete Heizstrangstruktur ergibt.

Zur elektrischen Isolierung und als Feuchtigkeitsschutz kann dann auf diese geätzte IMS-Leiterplatte 14 in einem weiteren Arbeitsschritt eine Isolierschicht, beispielsweise eine Schicht aus Lötstopplack 68 aufgetragen werden, die die Leiterbahnstruktur überdeckt. Dabei werden solche Bereiche ausgespart, auf die in einem folgenden Bestückungsarbeitsgang - beispielsweise im SMD-Verfahren - die oben genannten Schaltelemente 42, 44 und elektronischen Bauteilte 54, 56 aufgebracht werden. Nach dieser Bestückung gemäß einem Bestückungsplan erfolgt dann in einem vierten Arbeitsschritt die Ausbildung der Außenform der IMS-Platine 14 durch Stanzen, Fräsen und/oder Aussägen.

Die Struktur der Heizstränge 58, 60 ist im Hinblick auf die gewünschte Heizleistung ausgelegt. Dabei bestimmt sich der Heizwiderstand der beiden Heizstränge 58, 60 im Wesentlichen aus dem Material, der Länge und dem Querschnitt der beispielsweise mäanderförmig oder bifilar angeordneten Leiterbahnen 66. Dementsprechend wird die Leiterbahnbreite b und die Schichtdicke d der Leiterbahn 66 und deren Länge so gewählt, dass sich der für die vorbestimmte Heizleistung erforderliche Heizwiderstand ergibt. Dabei kann der Heizwiderstand auch durch Variation des Querschnittes (b, d) örtlich verändert werden. Durch diese lokale Variation des Heizwiderstandes können bewusst Hotspots generiert werden, die eine Art Sicherung ausbilden und bei einer übermäßigen Temperaturentwicklung oder Bestromung aufschmelzen. Ebenso können lokal Zonen mit weniger Leiterbahnen, somit geringerer Leistungsdichte erzeugt werden. Einen Einfluss auf die Leistungsdichte hat auch die Beabstandung a der einzelnen Leiterbahnen 66 der Mäanderstruktur.

Figur 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau des mit einer größeren Heizleistung ausgeführten Heizkreises 24, der im Prinzip aus zwei Heizsträngen 58a, 58b besteht, die über die oben genannten Schaltelemente 42, 44 und elektronischen Bauteile 54, 56 individuell oder aber auch gemeinsam ansteuerbar sind. Wie erläutert, ist jeder Heizstrang 58a, 58b bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine mäanderförmige Leiterbahn 66 ausgebildet, wobei jeweils längere Leiterbahnabschnitte 70, 72 über Umlenkungen 74 mit einander verbunden sind.

Selbstverständlich können, wie vorstehend erwähnt, anstelle der mäanderförmigen Struktur auch andere Strukturen, beispielsweise in Parallel- oder Serienschaltung angeordnete parallele Leiterbahnen, bifilare Strukturen oder Mischformen dieser Strukturen verwendet werden. Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Umlenkungen 74 als quer zu den Leiterbahnabschnitten 70, 72 verlaufende gerade Elemente ausgeführt. Bei dem in Figur 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Umlenkungen 74 verrundet (siehe auch gestrichelte Linie in Figur 6).

Der einzelne Heizstrang 60 des zweiten Heizkreises 26 hat einen entsprechenden Aufbau, wobei die Heizleistung der einzelnen Heizstränge 58a, 58b und 60 beim dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechend der gewünschten maximalen Heizleistung ausgelegt wird.

Figur 7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 1. In dieser Schnittdarstellung sieht man Umfangswandungen des Mittelteils 4, auf die dichtend der obere Deckel 6 und der untere Deckel 8 aufgesetzt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel trägt das Mittelteil 4 eine gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildete IMS-Platine 14, die mit zumindest einem Heizkreis ausgeführt ist und zusätzlich noch Komponenten der Steuer- und Leistungselektronik tragen kann. Diese Platine 14 ist in dem Bereich angeordnet, der von dem oberen Deckel 6 überstreckt wird.

In dem vom unteren Deckel 8 überstreckten Bereich ist eine weitere Platine 14' ausgebildet, die entsprechend der Platine 14 mit einem Heizkreis und/oder sonstigen Komponenten der Steuer- und/oder Leistungselektronik ausgeführt sein kann. Prinzipiell ist es auch möglich, die Platine 14 mit mehreren Heizkreisen als „Heizplatine“ auszulegen, während die weitere Platine 14' die zur Steuerung und Regelung erforderlichen elektronischen Bauelemente, d.h. die Komponenten der Steuer- und Leistungselektronik aufnimmt, so dass jede Platine 14, 14' im Hinblick auf die jeweilige Funktion (Heizung - Steuerung, Regelung) optimiert ist. Die Platinen 14, 14' sind über geeignete Dichtelemente 76, 78 dichtend am Mittelteil 4 gehalten, so dass durch die Platinen 14, 14' und das Mittelteil 4 ein Fluidraum 80 ausgebildet wird, der von dem zu erwärmenden Fluid durchströmt wird oder in dem das zu erwärmende Fluid aufgenommen ist. Die erfindungsgemäßen Platinen 14, 14' begrenzen somit den Fluidraum 80 direkt. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu der Lösung gemäß der DE 102018 106354 A1 , bei der die Platine an die Umfangswandungen des Fluidraumes angesetzt wird, so dass kein direkter Wärmeeintrag von der Platine in das Fluid erfolgt. Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ragt in den Fluidraum 80 der eingangs genannte Temperatursensor 82 hinein. Zu sehen ist auch das Druckausgleichselement 20, das in der Darstellung gemäß Figur 7 lediglich bespielhaft koaxial zur Achse des Temperatursensors 82 verläuft. Wie eingangs erläutert, wird durch dieses optionale Druckausgleichselement 20 sichergestellt, dass Druckschwankungen in den oberhalb bzw. unterhalb des Fluidraums 80 angeordneten Freiräumen 85, 87, die eine Art Elektronikraum bilden, ausgeglichen werden.

Die Anordnung der Platinen 14, 14' erfolgt derart, dass die vorbeschriebenen Wärmeverteilschichten 62 den Fluidraum abschnittsweise begrenzen, während die elektronischen Komponenten und die Fleizstränge 58a, 58b, 60 mit den Leiterbahnen 66 zu den beiden Freiräumen 85, 87 hin weisend angeordnet sind. Wie vorstehend erwähnt, können in diesen Freiräumen 85, 87 weitere, hier nicht dargestellte Platinen oder sonstige Elemente der Steuer-/Leistungselektronik angeordnet sein.

In dem Schnitt gemäß Figur 7 sieht man auch einen Teil des anhand Figur 2 erläuterten Außenraums 28, in dem beispielsweise eine Verkabelung geführt sein kann und der mit den beiden Freiräumen 85, 87 verbunden ist. In dem Fall, in dem der Fluidraum 80 vom Fluid durchströmt wird, können im Bereich des Fluidraums 80 Fluidführungselemente 84 vorgesehen werden (siehe Figur 8).

Bei dem in Figur 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Fluidraum 80 mittig zwischen den beiden Platinen 14, 14' angeordnet. Prinzipiell ist es auch möglich, die Platinen 180° verdreht zu montieren, so dass die Wärmeverteilschichten 62 jeweils zum oberen Deckel 6 bzw. zum unteren Deckel 8 hin weisen und entsprechend dann mit dem jeweiligen Deckel 6, 8 zwei Fluidräume begrenzt werden, die mit einander in Fluidverbindung stehen. Bei einer derartigen, nicht dargestellten Variante sind dann die Komponenten der Steuer- oder Leistungselektronik und auch die Heizstränge 58a, 58b, 60 zu dem gemeinsamen mittleren Raum zwischen den Platinen 14, 14' hin weisend angeordnet. Dementsprechend müsste dann das Druckausgleichselement 20 in Wirkverbindung mit dem mittleren Raum stehen, während der Temperatursensor 82 zumindest in einem der von den Deckeln 6, 8 begrenzten Räumen angeordnet sein müsste.

Figur 8 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 7, bei dem die beiden Platinen 14, 14' den mittleren Fluidraum 80 abschnittsweise begrenzen und die beiden Deckel 6, 8 mit den Platinen 14, 14' jeweils einen Freiraum 85, 87 ausbilden. Insofern entspricht das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 demjenigen gemäß Figur 7. Im Unterschied zu Figur 7 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 an die zum Fluidraum 80 weisenden Wärmeverteilschicht der Platinen 14, 14' jeweils ein Fluidführungselement 84, 84' angesetzt, das zum einen den Wärmeübergang von den vorbeschriebenen Fleizsträngen 58a, 58b auf das Fluid verbessert und zum anderen zur Strömungsführung dient. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fluidführungselemente 84, 84' aus einem Material mit einer guten Wärmeleitung, beispielsweise aus Aluminium ausgeführt und werden direkt wärmeleitend an die Wärmeverteilschicht 62 der jeweiligen Platine 14, 14' angesetzt.

Das Fluidführungselement 84, 84' ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer zum Fluidraum 80 hin weisenden durchgehenden Bodenplatte 86 ausgebildet, aus der heraus sich zur Platine 14, 14' hin Vorsprünge 88 erstrecken, so dass zwischen benachbarten Vorsprüngen das Fluid führende Kanäle 90 ausgebildet werden. Die Strömungsführung ist dabei so gewählt, dass beispielsweise der Zulauf zum Fluidheizer 1 in Fluidverbindung mit den Kanälen 90 steht, so dass die Strömung in den Kanälen 90 - wie in Figur 8 angedeutet - vom Betrachter weg erfolgt und dann über geeignete, nicht dargestellte Umlenkungselemente umgelenkt wird, so dass die Strömung im Fluidraum 80 zum Betrachter hin erfolgt. Selbstverständlich ist auch eine andere Strömungsführung realisierbar. Wie erläutert, wird die auf das Fluid zu übertragende Wärme Q in Pfeilrichtung von der Platine 14, 14' über das jeweilige Fluidführungselement 84, 84' auf das im Fluidraum 80 aufgenommene Fluid übertragen.

Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 7 erläutert, können die Platinen 14, 14' auch um 180° verdreht eingebaut werden, so dass die Fluidführungselemente 84, 84' zum jeweiligen Freiraum 85 bzw. 87 hin weisend angeordnet sind und diese dann entsprechend Fluidräume ausbilden, während der mittige Raum 80 der Elektronikraum ist, der gegenüber dem Fluidräumen abgedichtet ist.

Figur 9 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel eines Fluidführungselementes 84. Wie ausgeführt, hat dieses eine Bodenplatte 86, aus der heraus sich die Vorsprünge 88 erstrecken. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel haben diese jeweils einen etwa tropfenförmigen, die Umströmung optimierenden Querschnitt 94. Das in Figur 9 dargestellte Fluidführungselement 84 ist aus einer Aluminiumlegierung, beispielsweise im Druckguss- oder Fließpressverfahren hergestellt.

Wie vorstehend erläutert, liegen die Vorsprünge 88 mit ihren tropfenförmigen Stirnflächen auf der Wärmeverteilschicht 62 der jeweiligen Platine 14, 14' auf, wobei vorzugsweise eine dichtende Anlage gewählt wird, so dass eine definierte Strömung innerhalb der Kanäle 90 gewährleistet ist. Eine gewisse Undichtigkeit ist im Prinzip jedoch unproblematisch. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Abdichtung des Fluidraums 80 gegenüber den Freiräumen 85, 87 und dem Außenraum 28 durch geeignete Dichtelemente 76, 78.

Wie ausgeführt, besteht eine erfindungsgemäße Besonderheit darin, dass zum einen die Platinen 14, vorzugsweise IMS-Platinen 14, 14' als Fleizelemente ausgeführt sind und zum anderen einen Teil eines das erwärmende Fluid aufnehmenden Fluidraums begrenzen. Anhand der Figuren 10a, 10b werden Weiterbildungen dieses Konzeptes erläutert.

Figur 10a zeigt eine Variante, bei der in Randbereichen einer Platine 14 die Wärmeverteilschicht 62 etwas zurückgestuft ist, so dass dieser zurückgestufte Bereich, wie in Figur 10a gestrichelt angedeutet, zur Ausbildung von Anschlussfahnen oder sonstigen Funktionselementen nach oben in Richtung der die Leiterbahn 66 aufnehmenden Seite aufgebogen werden kann. Dieses Umbiegen erfolgt vorzugsweise partiell lediglich in denjenigen Bereichen, in denen derartige Funktionselemente, beispielsweise Anschlussfahnen ausgebildet sein müssen. Im letztgenannten Fall kann sich ein Leiterbahnendabschnitt 66' bis in den freigeschnittenen oder entsprechend der auszubildenden Anschlussfahne begrenzten Bereich hinein erstrecken, der in einem folgenden Arbeitsgang zur Anschlussfahne umgebogen wird.

In Figur 10b ist dieses Konzept dahingehend weitergeführt, dass die geschwächten Randbereiche der Wärmeverteilschicht 62 wesentlich größere Abmessungen haben, so dass durch entsprechendes zweifaches Umbiegen um 90° Seitenwandungen 96 und Deckwandungen 98, 100 ausgebildet werden, die dann gemeinsam zumindest abschnittsweise Umfangswandungen des Fluidraums 80 ausbilden. Bei einem derartigen Ausführungsbeispiel wäre dann lediglich eine Platine 14 mit einem erfindungsgemäßen Fleizkreis 24, 26 ausgeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird durch die beschriebenen Umbiegungen der Umfang eines Fluidkanals zumindest abschnittsweise ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine offene Struktur, beispielsweise durch Umbiegen von Seitenwandungen 96 auszubilden und dann die Deckwandung als besonderes Bauelement auszuführen. Wie vorstehend erläutert, können sich Leiterbahnabschnitte oder Leiterbahnendabschnitte auch in die umgebogenen Bereiche hinein erstrecken, um dann eine Kontaktierung mit sonstigen Bauelementen zu ermöglichen.

Die IMS-Platinen können auch mehrlagig ausgeführt werden, so dass jeweils durch Isolationsschichten getrennte, übereinanderliegende Leiterbahnschichten ausgebildet werden, die dann jeweils Teil eines Heizstranges/Heizkreises und/oder der Steuer- oder Leistungselektronik ausbilden. Dabei kann beispielsweise ein passives Sensorelement integriert sein, wobei eine Leiterbahnschicht zur Stromverteilung und die andere Leiterbahnschicht im Wesentlichen als Heizstrang ausgeführt sind. Prinzipiell können jedoch auch mehrere Schichten als Heizstrang ausgebildet sein, wobei die jeweilige Heizleistung durch Variation des Querschnittes, insbesondere der Leiterbahndicke d angepasst wird.

Prinzipiell kann der Fluidraum 80 bei derartigen Varianten auch einerseits von einer einlagigen Platine und andererseits von einer mehrlagigen Platine mit Heiz- oder Stromverteilungsfunktion begrenzt sein. Offenbart ist ein Fluidheizer, bei dem ein Heizelement durch eine Platine ausgebildet ist, die einen Teil eines Fluidraums begrenzt.

Bezuqszeichenliste:

1 Fluidheizer

2 Gehäuse

4 Mittelteil

6 Deckel oben

8 Deckel unten

10 Fluidanschluss

12 Fluidanschluss

14 Platine

16 Niedervoltstecker

18 Flochvoltstecker

20 Druckausgleichselement 22 Elektronikraum

24 Fleizkreis

26 Fleizkreis

28 Außenraum

30 Dichtkontur

32 Gewindebohrung

34 Anschlussfahne

36 Anschlussfahne

38 Anschlussfahne

40 Anschlussfahne

42 Schaltelement

44 Schaltelement

46 Anschluss

48 Anschluss

50 Anschluss

52 Anschluss

53 Anschluss

54 elektronisches Bauelement

56 elektronisches Bauelement 58 Heizstrang

60 Heizstrang

62 Wärmeverteilschicht

64 Isolierschicht 66 Leiterbahn

66' Leiterbahnendabschnitt

68 Lötstopplack

70 Leiterbahnabschnitt

72 Leiterbahnabschnitt 74 Umlenkung

76 Dichtelement

78 Dichtelement

80 Fluidraum

82 Temperatursensor 84 Fluidführungselement

85 Freiraum

86 Bodenplatte

87 Freiraum

88 Vorsprung 90 Kanal

94 Querschnitt

96 Seitenwandung

98 Deckenwandung

100 Deckenwandung

Claims

Ansprüche

1. Fluidheizer mit einem Heizelement, zum Erwärmen eines einen Fluidraum (80) durchströmenden oder im Fluidraum (80) aufgenommenen Fluids und mit zumindest einer Platine (14), auf der eine Steuerschaltung und/oder Leistungselektronik ausgebildet ist und/oder die zur Ausbildung des Heizelementes ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (14) zumindest einen Abschnitt des Fluidraums (80) begrenzt.

2. Fluidheizer nach Patentanspruch 1 , wobei zwei oder mehr Platinen (14, 14‘), beispielsweise im Parallelabstand zueinander, angeordnet sind und den Fluidraum (80) abschnittsweise begrenzen.

3. Fluidheizer nach Patentanspruch 1 , wobei jede Platine (14, 14‘), beispielsweise mit einem Gehäuse-Deckel (6, 8), einen Teilfluidraum begrenzt, wobei die Teilfluidräume in Fluidverbindung miteinander stehen.

4. Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüchen, wobei die Platine (14) als IMS-Platine ausgebildet ist.

5. Fluidheizer nach Patentanspruch 4, wobei die IMS-Platine mehrlagig mit mehreren Funktionslagen ausgebildet ist.

6. Fluidheizer nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei eine Wärmeverteilschicht (62) der Platine (14) den Fluidraum (18) abschnittsweise begrenzt.

7. Fluidheizer nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei an eine Wärmeverteilschicht (62) der Platine (14) ein Fluidführungselement (84) angesetzt ist.

8. Fluidheizer nach Patentanspruch 7, wobei das Fluidführungselement (84) Kanäle (90) zur Fluidführung ausbildet.

9. Fluidheizer nach einem der Patentansprüche 6 bis 8, wobei die Wärmeverteilschicht (62) gegenüber einen Platinenebene umgebogen ist, um einen Wandungsabschnitt des Fluidraums (80) auszubilden.

10. Fluidheizer nach einem der Patentansprüche 6 bis 9, wobei die Wärmeverteilschicht (62) gegenüber einer Platinenebene umgebogen ist, um mit einem sich in den umgebogenen Bereich hinein erstreckenden Endabschnitt der Leiterbahn (66‘) ein Kontaktelement, beispielsweise eine Kontaktfahne auszubilden.

11. Fluidheizer nach einem der Patentansprüche 6 bis 10, wobei zumindest ein Heizstrang im umgebogenen Bereich ausgebildet oder sich zumindest abschnittsweise entlang des umgebogenen Bereichs erstreckt und vorzugsweise über die Leiterbahn (66) kontaktiert ist.

12. Fluidheizer nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Platine (14) einen im Wesentlichen durch eine Leiterbahn (66) gebildeten Heizstrang (58, 60) hat.