WO2013186106A1 - Elektrische heizeinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2013186106A1
WO2013186106A1 PCT/EP2013/061610 EP2013061610W WO2013186106A1 WO 2013186106 A1 WO2013186106 A1 WO 2013186106A1 EP 2013061610 W EP2013061610 W EP 2013061610W WO 2013186106 A1 WO2013186106 A1 WO 2013186106A1
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conductor track
heating device
conductor
substrate
motor vehicle
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PCT/EP2013/061610
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French (fr)
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Fritz Wegener
Daniel Eckert
Thorsten Kabelitz
Karl GÖTTL
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Webasto SE
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    • H05B2203/023—Heaters of the type used for electrically heating the air blown in a vehicle compartment by the vehicle heating system

Definitions

  • the present invention relates to an electrical heating device for a motor vehicle and a corresponding motor vehicle.
  • An object of the present invention is to provide an electric heater for a motor vehicle having a long life and good heating performance. This object is solved by the features of the independent claims.
  • the heating device has a heating resistor designed as a conductor track on a substrate, wherein the conductor track is arranged at least partially bifilarly.
  • the bifilar arrangement makes it possible for the printed conductor to largely cover a surface provided by the substrate with small empty areas.
  • the bifilar arrangement makes it possible to minimize possible interference radiation by the heating device.
  • a bifilar arrangement of the trace may mean that one as a continuous one Conductor trained heating resistor is at least partially arranged such that adjacent subsections of the conductor are respectively countercurrently flowed through by electricity or can be flowed through.
  • Such bifilar arranged subsections may be subsections which are provided for heating the substrate.
  • substantially all sections of the conductor track intended for heating can be part of the bifilar arrangement.
  • the generated electromagnetic fields can cancel each other at least partially.
  • the conductor track and / or heating device may have a first and a second terminal, to each of which poles of a power supply can be connected.
  • the routing or arrangement of the trace between the terminals may be substantially bifilar.
  • a substrate may comprise a solid state structure on which the wiring is locatable, optionally using one or more intermediate layers.
  • the trace may generally be arranged or mounted on the substrate by a suitable deposition method, such as a printing process, a plasma process, or a spray or casting process.
  • the conductor may be made of a conductive material, in particular of a metallic material, such as a nickel-chromium alloy. It is conceivable that the conductor track consists of a non-ceramic material.
  • the substrate may comprise a good heat-conductive material, such as a metal or a metal alloy.
  • the substrate may be made by a die casting process.
  • the substrate is designed as a heat exchanger for heat generated by the heating resistor.
  • the substrate may be formed on a side opposite the Schuwi- resistance with guides for a medium to be heated, such as a fluid, in particular water or air.
  • the substrate may be made of aluminum, for example.
  • At least one intermediate layer may be provided between the substrate and the conductor track, which may be formed, for example, as an adhesive layer and / or an electrically insulating layer.
  • the intermediate layer may be attached to the substrate and / or be formed cohesively therewith.
  • an electrically insulating intermediate layer may be provided.
  • the intermediate layer may be, for example, an aluminum oxide layer.
  • the trace may be on the intermediate layer or directly on the substrate.
  • An adhesive layer may be provided to secure the trace to the substrate.
  • Intermediate layers can generally consist of a good thermal conductivity material. It is conceivable to Positioning of the conductor to attach a continuous layer of the material of the conductor on the substrate or an intermediate layer.
  • the structure of the conductor track can then be worked out by suitable treatment of the continuous layer, for example by a laser treatment and / or an etching method.
  • insulation regions which are able to electrically isolate sections of the conductor track from one another can be cut out or worked out.
  • electrically insulating material can be accommodated or arranged.
  • the conductor track may have a width of a few millimeters, in particular a width of 2.5 mm to 5 mm.
  • the height of the conductor track on the substrate may be 5 ⁇ m to 20 ⁇ m, in particular between 10 ⁇ m and 15 ⁇ m.
  • the connections of the conductor track can be arranged side by side on the same side of the substrate and / or the same side surface of the substrate.
  • the trace and / or the heater may be generally configured to convert electrical power to heat. It is conceivable that the heating device is a high-voltage device. In particular, the heating device may be designed to be operable at a supply voltage of a few hundred volts, in particular between 150 V and 650 V, 200 V and 600 V or in an area lying between them. With such an operating voltage range, the heater is especially well suited for operation in an electric vehicle.
  • the strip conductor is at least partially divided into at least two heating paths insulated from one another by at least one path insulation region.
  • the insulation of the heating paths against each other can be provided in particular along a longitudinal extent of the conductor track. It is conceivable that the track is not divided over its full length in several mutually insulated Schupfade. Rather, it is possible to divide the strip partially into mutually insulated heating paths. In this case, mutually insulated heating paths are intended to be flowed through in the same direction of electricity. It can be provided that mutually insulated heating paths are electrically mutually parallel heating paths.
  • a path isolation region may generally be formed by a gap between the conductor tracks and / or by an electrically insulating material received in the gap.
  • the weggelaserten or weggeharmten area can be filled by a suitable insulating material.
  • a widespread isolation area is provided in the area of a conductor track deflection in the opposite direction.
  • the isolation region can be widened in comparison to an insulation region leading to the conductor track deflection.
  • a deflection in the opposite direction can mean a guidance of the conductor track in such a way that the current flow is reversed.
  • a deflection in the opposite direction can be formed substantially without straight sections.
  • deflections are provided by less than 180 °, in particular by 90 °, which can be connected to one another by straight conductor track sections.
  • deflections can represent rounded regions of the conductor track which connect straight strip conductor sections to one another.
  • the straight conductor track sections may be substantially orthogonal to each other and / or arranged opposite to each other in a current flow direction.
  • the conductor has exactly two deflections in the opposite direction.
  • particularly critical deflections in the opposite direction are largely avoided, which favors a uniform distribution of power and heat distribution on the track.
  • the conductor track can be guided in such a way that straight sections of the conductor track with opposite current flow are arranged next to one another. This results in a particularly favorable behavior for avoiding noise emissions.
  • the conductor track may in particular be arranged spirally or helically.
  • the spiral or helical arrangement may have straight conductor sections, which are connected via deflections with other straight sections.
  • the spiral or helical arrangement can extend, in particular, over a region provided for heating between two connection regions. It can be provided that the spiral or helical arrangement of the conductor track the For heating provided area and / or the substrate substantially completely covered, which not covered by the conductor track areas may be formed substantially as isolation areas.
  • the conductor track can have straight sections which are connected to one another by deflections. The deflections can represent or have rounded corners.
  • the conductor track is covered by an insulating layer.
  • the insulating layer may for example comprise air or be formed by a suitable insulating material.
  • the heating device can be accommodated in a housing and in particular have a cover.
  • the insulating layer may be arranged between the conductor track and the cover or a delimiting wall of the housing.
  • the invention also relates to a motor vehicle having a heater described herein.
  • the motor vehicle may in particular be an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the heater may be arranged to heat water or air in a corresponding water or air circuit of the vehicle. Show it:
  • Figure 1 is a plan view of a conductor track of an electric heater for a motor vehicle
  • Figure 2 is an enlarged view of a portion of the conductor of Figure 1;
  • Figure 3 schematically shows an arrangement of the conductor on a substrate.
  • FIG. 1 shows a plan view of an electrical heating device 10 for a motor vehicle with a heating resistor designed as a conductor track 12.
  • the heating resistor 12 has a first terminal 14 and a second terminal 16, which are electrically connected to each other by the conductor 12. If a supply voltage is applied to the terminals 14 and 16, the heating resistor formed by the conductor 12 heats up on.
  • the conductor 12 is arranged on an adhesive layer 18 which is arranged on a substrate 20.
  • the adhesive layer 18 is almost completely covered by the conductive line 12, while the substrate 20 is again almost completely covered by the adhesive layer 18.
  • the substrate 20 is an aluminum substrate which is formed as a heat exchanger.
  • the adhesive layer 18 is a layer of aluminum oxide.
  • the track 12 is bifilar in a helical or spiral shape with straight sections. In particular, at the deflections and the straight sections, conductor track sections which flow in opposite directions from each other are juxtaposed.
  • the trace is machined by a laser process from a nickel crom layer that has been deposited on the adhesion layer 18 by a suitable method.
  • the conductor track 12 is divided in the heating region along its longitudinal extent by a continuous path insulation region 22 in each case in two sub-paths, which are traversed in parallel by current.
  • one or more path isolation regions 22 is arranged only in sections, for example in the region of deflections, or that more than two parallel path paths are formed.
  • the isolation regions can be formed, for example, by forming a gap in the conductive material of the conductor track or by introducing insulating material into such a gap.
  • Opposite flow-through sections of the conductor track are each electrically insulated from each other by an isolation region 24.
  • the insulation regions 22 and the section insulation regions 24 alternate from the outside to the inside. As can be seen from FIG.
  • two deflection regions 26, 28 are provided in the interior of the worm shape of the conductor track 12, in which a deflection of the conductor track 12 takes place in each case in the opposite direction.
  • a common insulation area 30, 32 is provided in each case.
  • these isolation regions 30, 32 are droplet-shaped and force a current flow in the region of the deflections 26, 28 over as far as possible the entire width of the conductor 12.
  • a narrowing of the conductor in particular a reduction of the width of the conductor be provided.
  • the conductor 12 has only right-angled deflections. It is conceivable, in principle, that in areas of right-angled broadening of an isolation region and / or a narrowing of the conductor 12 to provide.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of a lower region of the electrical heater from FIG. 1. Particularly clearly visible is the deflection region 26, in which the conductor track 12 is guided in the opposite direction. Clearly illustrated is the drop-shaped in this example embodiment of the isolation region 32 in the region of the deflection, which leads to a more uniform current flow around the deflection 26.
  • Figure 3 shows a cross-sectional view of the heater 10 of Figures 1 and 2 in a view from the right, which corresponds to a view from the direction of the arrow shown in Figure 1.
  • the heater 10 includes the substrate 20 on which the adhesive layer 18 is mounted.
  • the adhesive layer 18 may be electrically insulating and made, for example, by oxidizing a metallic material of the substrate 20, such as by oxidizing aluminum.
  • the conductor 12 is arranged on the adhesive layer 18 .
  • the printed conductor 12 may be applied to the adhesive layer 18 by a suitable method, such as a printing, spraying, casting or plasma method.
  • a suitable method such as a printing, spraying, casting or plasma method.
  • an isolation region 24 of the conductor track 12 can be seen, which separates different, counter-current-carrying portions of the conductor track from each other.
  • the structure of the wiring pattern mentioned in the above description can be produced by a printing method.
  • the method used to produce the printed conductor can possibly be combined with a masking technique in order to further reduce the achievable feature widths or to accelerate and / or simplify the generation of the structure.
  • a fine structure having minimum pattern widths of about 0.5 mm, such as a conductor pitch of about 0.5 mm may be realized by masking tapes for a meandering heat conductor layer. An additional lasering of the structure may then be omitted.
  • the height of the known from the above description trace on the substrate can usefully up to 30 ⁇ , preferably between 5 ⁇ to 20 ⁇ and in particular between 10 ⁇ and 15 ⁇ amount. Of course, larger heights / thicknesses of the conductor track, for example up to 1 mm, are also possible. The height / thickness of the conductor track can be decisive for setting a cross section of the conductor track. be used to determine their resistance or influence.
  • the insulating material mentioned in the above description may comprise or consist of, for example, silicones and / or polymers.
  • the conductor track known from the above description can also consist of an electrically conductive ceramic material. Such a conductive ceramic material may comprise, for example, titanium dioxide (TiO 2 ).
  • the substrate known from the above description may also comprise ceramics having a heat conductivity which is comparatively high for ceramic, for example Al 2 O 3 or AlN, or mixtures in the form of metal matrix composite materials, which may also have a comparatively high thermal conductivity.
  • the substrate may alternatively consist of one or more of these substances / substance groups.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem als Leiterbahn (12) auf einem Substrat (20) ausgebildeten Heizwiderstand, wobei die Leiterbahn zumindest teilweise bifilar angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen elektrischen Heizeinrichtung.

Description

Elektrische Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
Zum Heizen von Kraftfahrzeugen, insbesondere zum Heizen von Innenräumen eines Kraftfahrzeugs, werden insbesondere bei Elektrofahrzeugen häufig elektrisch betriebene Heizeinrichtungen verwendet. Derartige Heizeinrichtungen können in erheblichen Maße elektromagnetische Störstrahlung abgegeben, die auf verschiedene Arten verringert werden kann. Ferner ist die Lebensdauer der Heizeinrichtung eingeschränkt, wenn sich über einen verwendeten Heizwiderstand ungleichmäßige Temperatur- und Stromverteilungen einstellen können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektrische Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer langen Lebensdauer und gutem Heizverhalten bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Weitere vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Es wird eine elektrische Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Die Heizeinrichtung weist einen als Leiterbahn auf einem Substrat ausgebildeten Heizwiderstand auf, wobei die Leiterbahn zumindest teilweise bifilar angeordnet ist. Durch die bifilare Anordnung kann die Leiterbahn zum einen eine durch das Substrat bereitgestellte Oberfläche mit geringen Leerflächen in hohem Maße überdecken. Zum anderen ermöglicht es die bifilare Anordnung, mögliche Störstrahlungen durch die Heizeinrichtung zu minimieren. Eine bifilare Anordnung der Leiterbahn kann bedeuten, dass ein als eine durchgehende Leiterbahn ausgebildeter Heizwiderstand zumindest teilweise derart angeordnet ist, dass nebeneinander liegende Teilabschnitte der Leiterbahn jeweils gegenläufig von Strom durchflössen oder durchfließbar sind. Derartige bifilar angeordnete Teilabschnitte können Teilabschnitte sein, welche zum Erwärmen des Substrates vorgesehen sind. Insbesonde- re können im Wesentlichen alle zum Heizen vorgesehene Abschnitte der Leiterbahn Teil der bifilaren Anordnung sein. Somit können sich die erzeugten elektromagnetischen Felder zumindest teilweise gegenseitig aufheben. Es kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahn neben einem oder mehreren bifilar angeordneten Abschnitten oder Bereichen ein oder mehrere zusätzliche, nicht bifilar angeordnete Bereiche aufweist, beispielsweise An- Schlussbereiche. Die Leiterbahn und/oder Heizeinrichtung kann einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweisen, an welche jeweils Pole einer Spannungsversorgung anschließbar sein können. Die Führung oder Anordnung der Leiterbahn zwischen den Anschlüssen kann im Wesentlichen bifilar sein. Ein Substrat kann eine Festkörperstruktur umfassen, auf welcher die Leiterbahn anordenbar ist, gegebenenfalls unter Verwendung einer oder mehrerer Zwischenschichten. Die Leiterbahn kann allgemein durch ein geeignetes Ablagerungsverfahren, etwa ein Druckverfahren, ein Plasmaverfahren oder ein Spritz- oder Gießverfahren auf dem Substrat anordenbar oder angebracht sein. Die Leiterbahn kann aus einem leitfähigen Material hergestellt sein, insbesondere aus einem metallischen Material, etwa aus einer Nickel-Chrom-Legierung. Es ist vorstellbar, dass die Leiterbahn aus einem nichtkeramischen Material besteht. Das Substrat kann ein gut wär- meleitfähiges Material aufweisen, etwa ein Metall oder eine Metalllegierung. Beispielsweise kann das Substrat durch ein Druckgussverfahren hergestellt sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Substrat als Wärmeüberträger für durch den Heizwiderstand erzeugte Wärme ausgebildet ist. Entsprechend kann das Substrat auf einer dem Heizwi- derstand gegenüberliegenden Seite mit Führungen für ein zu erwärmendes Medium ausgebildet sein, etwa einem Fluid, insbesondere Wasser oder Luft. Das Substrat kann beispielsweise aus Aluminium bestehen. Zwischen dem Substrat und der Leiterbahn kann mindestens eine Zwischenschicht vorgesehen sein, die etwa als Haftschicht und/oder elektrisch isolierende Schicht ausgebildet sein kann. Die Zwischenschicht kann an dem Substrat befestigt sein und/oder stoffschlüssig damit ausgebildet sein. Insbesondere in dem Fall, dass das Substrat aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, kann eine elektrisch isolierende Zwischenschicht vorgesehen sein. Die Zwischenschicht kann beispielsweise eine Aluminiumoxid-Schicht sein. Die Leiterbahn kann auf der Zwischenschicht oder direkt auf dem Substrat angebracht sein. Eine Haftschicht kann dazu vorge- sehen sein, die Leiterbahn an dem Substrat zu befestigen. Zwischenschichten können allgemein aus einem gut wärmeleitfähigen Material bestehen. Es ist vorstellbar, zur Hers- tellung der Leiterbahn eine durchgehende Schicht aus dem Material der Leiterbahn auf dem Substrat oder einer Zwischenschicht anzubringen. Die Struktur der Leiterbahn kann dann durch geeignete Behandlung der durchgehenden Schicht herausgearbeitet werden, etwa durch eine Laserbehandlung und/oder ein Ätzverfahren. Insbesondere können Isola- tionsbereiche, welche Abschnitte der Leiterbahn gegeneinander elektrisch isolieren vermögen, herausgeschnitten oder herausgearbeitet werden. In Isolationsbereichen kann elektrisch isolierendes Material aufgenommen oder angeordnet sein. Die Leiterbahn kann eine Breite von einigen Millimetern aufweisen, insbesondere eine Breite von 2,5 mm bis 5 mm. Die Höhe der Leiterbahn auf dem Substrat kann 5 μηη bis 20 μηη betragen, insbeson- dere zwischen 10 μηη und 15 μηη. Die Anschlüsse der Leiterbahn können nebeneinander auf der gleichen Seite des Substrats und/oder der gleichen Seitenfläche des Substrats zugewandt angeordnet sein. Die Leiterbahn und/oder die Heizeinrichtung können allgemein dazu ausgebildet sein, elektrischen Strom in Wärme umzuwandeln. Es ist vorstellbar, dass die Heizeinrichtung eine Hochvolteinrichtung ist. Insbesondere kann die Heizeinrichtung dazu ausgebildet sein, bei einer Versorgungsspannung von einigen hundert Volt, insbesondere zwischen 150 V und 650 V, 200 V und 600 V oder in einem dazwischen liegenden Bereich betreibbar zu sein. Mit einem derartigen Betriebspannungsbereich ist die Heizung insbesondere für den Betrieb in einem Elektrofahrzeug be- sonders gut geeignet.
Bei einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahn durch mindestens einen Pfadisolationsbereich zumindest teilweise in mindestens zwei gegeneinander isolierte Heizpfade aufgeteilt ist. Die Isolierung der Heizpfade gegeneinander kann insbesondere entlang einer Längserstreckung der Leiterbahn vorgesehen sein. Es ist vorstellbar, dass die Leiterbahn nicht über ihre vollständige Längserstreckung in mehrere gegeneinander isolierte Heizpfade aufgeteilt ist. Vielmehr ist es möglich, die Leiterbahn abschnittsweise in gegeneinander isolierte Heizpfade aufzuteilen. Dabei sind gegeneinander isolierte Heizpfade dazu vorgesehen, in der gleichen Richtung von Strom durchflössen zu werden. Es kann vorgesehen sein, dass gegeneinander isolierte Heizpfade elektrisch zueinander parallel geschaltete Heizpfade sind. Ein Pfadisolationsbereich kann wie die oben erwähnten Isolationsbereiche allgemein durch eine Lücke zwischen den Leiterbahnen und/oder durch ein in der Lücke aufgenommenes elektrisch isolierendes Material gebildet sein. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, Pfadisolationsbereiche durch eine Laserbearbeitung und/oder eine Ätzbearbeitung zwischen den Leiterbahnen auszubilden. Gegebenenfalls können die weggelaserten oder weggeätzten Bereich durch ein geeignetes isolierendes Material aufgefüllt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass im Bereich einer Leiterbahnumlenkung in die Gegenrich- tung ein verbreiteter Isolationsbereich vorgesehen ist. Insbesondere kann der Isolationsbereich im Vergleich zu einem zur Leiterbahnumlenkung führenden Isolationsbereich verbreitert sein. Somit kann sichergestellt werden, dass auch in einem Umlenkungsbereich in die Gegenrichtung möglichst die volle Breite der Leiterbahn für den Stromfluss verwendet wird. Dies vermeidet, dass sich lokal besonders gut durchströmte Bereiche und schlecht durchströmte Bereiche im Randbereich der Leiterbahn ausbilden können. Allgemein kann eine Umlenkung in die Gegenrichtung eine Führung der Leiterbahn derart bedeuten, dass sich der Stromfluss umkehrt. Dabei kann eine Umlenkung in die Gegenrichtung im Wesentlichen ohne gerade Abschnitte ausgebildet sein. Vorzugsweise sind weitere Umlen- kungen um weniger als 180°, insbesondere um 90° vorgesehen, welche durch gerade Leiterbahnabschnitte miteinander verbunden sein können. Allgemein können Umlenkun- gen abgerundete Bereiche der Leiterbahn darstellen, welche gerade Leiterbahnabschnitte miteinander verbinden. Die geraden Leiterbahnabschnitte können im Wesentlichen orthogonal zueinander ausgerichtet sein und/oder hinsichtlich einer Stromflussrichtung gegenläufig angeordnet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahn genau zwei Umlenkungen in die Gegenrichtung aufweist. Somit werden im Hinblick auf die Stromverteilung über die Breite der Leiterbahn besonders kritische Umlenkungen in die Gegenrichtung weitestgehend vermieden, was eine gleichmäßige Stromverteilung und Wärmeverteilung auf der Leiterbahn begünstigt.
Die Leiterbahn kann derart geführt sein, dass gerade Abschnitte der Leiterbahn mit gegenläufigem Stromfluss nebeneinander angeordnet sind. Somit ergibt sich ein besonders günstiges Verhalten zur Vermeidung von Störabstrahlungen.
Die Leiterbahn kann insbesondere spiralförmig oder schneckenförmig angeordnet sein. Dabei kann die spiral- oder schneckenförmige Anordnung gerade Leiterbahnabschnitte aufweisen, welche über Umlenkungen mit anderen geraden Abschnitten verbunden sind. Die spiral- oder schneckenförmige Anordnung kann sich insbesondere über einen zum Heizen vorgesehenen Bereich zwischen zwei Anschlussbereichen erstrecken. Es kann vorgesehen sein, dass die spiral- oder schneckenförmige Anordnung der Leiterbahn den zum Heizen vorgesehenen Bereich und/oder das Substrat im Wesentlichen vollständig überdeckt, wobei nicht durch die Leiterbahn bedeckte Bereiche im Wesentlichen als Isolationsbereiche ausgebildet sein können. Insbesondere kann die Leiterbahn gerade Abschnitte aufweisen, die durch Umlenkungen miteinander verbunden sind. Dabei können die Umlenkungen abgerundete Ecken darstellen oder aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Leiterbahn von einer Isolierschicht bedeckt ist. Die Isolierschicht kann beispielsweise Luft aufweisen oder durch ein geeignetes Dämmmaterial gebildet sein. Die Heizeinrichtung kann in einem Gehäuse aufgenommen sein und insbesondere einen Deckel aufweisen. Die Isolierschicht kann zwischen der Leiterbahn und dem Deckel oder einer Abgrenzungswand des Gehäuses angeordnet sein. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer hierin beschriebenen Heizeinrichtung. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug sein. Die Heizeinrichtung kann zum Erwärmen von Wasser oder Luft in einem entsprechenden Wasser- oder Luftkreislauf des Fahrzeugs angeordnet sein. Es zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf eine Leiterbahn einer elektrischen Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug; Figur 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs der Leiterbahn aus Figur 1 ; und
Figur 3 schematisch eine Anordnung der Leiterbahn auf einem Substrat.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine elektrische Heizeinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug mit einem als Leiterbahn 12 ausgebildeten Heizwiderstand. Der Heizwiderstand 12 weist einen ersten Anschluss 14 und einen zweiten Anschluss 16 auf, die durch die Leiterbahn 12 elektrisch miteinander verbunden sind. Wird an die Anschlüsse 14 und 16 eine Versorgungsspannung angelegt, heizt sich der durch die Leiterbahn 12 gebildete Heizwiderstand auf. Die Leiterbahn 12 ist auf einer Haftschicht 18 angeordnet, die auf einem Substrat 20 angeordnet ist. Die Haftschicht 18 wird fast vollständig durch die Leiterbahn 12 bedeckt, während das Substrat 20 wiederum fast vollständig von der Haftschicht 18 bedeckt ist. Somit ist fast das ganze Substrat von der Leiterbahn 12 überdeckt. Dadurch ergeben sich eine besonders gute Raumausnutzung und eine gleichmäßige Wärmeverteilung. In diesem Beispiels ist das Substrat 20 ein Aluminiumsubstrat, welches als Wärmetauscher ausgebildet ist. Somit wird durch die Leiterbahn erzeugte Wärme über das Substrat abgeführt. Die Haftschicht 18 ist eine Schicht aus Aluminiumoxid. Die Leiterbahn 12 ist in einer Schnecken- oder Spiralform mit geraden Abschnitten bifilar geführt. Insbesondere liegen an den Umlenkungen und den geraden Abschnitten jeweils gegenläufig von Strom durch- flossene Leiterbahnabschnitte nebeneinander. Die Leiterbahn ist durch ein Laserverfahren aus einer Nickel-Crom-Schicht herausgearbeitet, die durch ein geeignetes Verfahren auf der Haftschicht 18 aufgebracht wurde. In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leiterbahn 12 im Heizbereich entlang ihrer Längserstreckung durch einen durchgehenden Pfadisolationsbereich 22 jeweils in zwei Teilpfade unterteilt ist, die parallel von Strom durchflössen werden. Es ist auch vorstellbar, dass ein oder mehrere Pfadisolationsbereiche 22 nur abschnittsweise angeordnet ist, beispielsweise im Bereich von Umlenkungen, oder dass mehr als zwei parallel geführte Teilpfade ausgebildet sind. Dabei können mehrere parallele Isolationsbereiche verwendet werden. Die Isolationsbereiche können bei- spielsweise durch Ausbilden einer Lücke im leitfähigen Material der Leiterbahn oder durch Einbringen isolierenden Materials in eine derartige Lücke ausgebildet sein. Gegenläufig von Strom durchflossene Abschnitte der Leiterbahn sind jeweils durch einen Isolationsbereich 24 gegeneinander elektrisch isoliert. In Figur 1 wechseln sich die Isolationsbereiche 22 und Abschnittsisolationsbereiche 24 von außen nach innen gesehen jeweils ab. Wie aus Figur 1 zu erkennen ist, sind im Inneren der Schneckenform der Leiterbahn 12 zwei Umlenkbereiche 26, 28 vorgesehen, in welchen eine Umlenkung der Leiterbahn 12 jeweils in die Gegenrichtung erfolgt. Im Bereich dieser Umlenkung ist jeweils ein verbreiteter Isolationsbereich 30, 32 vorgesehen. Diese Isolationsbereiche 30, 32 sind in diesem Fall tropfenförmig ausgebildet und erzwingen einen Stromfluss im Bereich der Umlenkungen 26, 28 über möglichst die gesamte Breite der Leiterbahn 12. Statt einer Verbreiterung des Isolationsbereiches kann auch eine Verengung der Leiterbahn, insbesondere eine Verringerung der Breite der Leiterbahn vorgesehen sein. Neben den zwei Umlenkungen in die Gegenrichtung, die besonders leicht dazu führen, dass sich eine ungleichmäßige Stromverteilung ausbildet, weist die Leiterbahn 12 nur rechtwinklige Umlenkungen auf. Es ist grundsätzlich vorstellbar, auch in Bereichen der rechtwinkligen Umlenkungen eine Ver- breiterung eines Isolationsbereiches und/oder eine Verengung der Leiterbahn 12 vorzusehen.
Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines unteren Bereichs der elektrischen Hei- zung aus Figur 1 . Besonders gut zu erkennen ist der Umlenkbereich 26, in welchem die Leiterbahn 12 in die Gegenrichtung geführt wird. Deutlich dargestellt ist die in diesem Beispiel tropfenförmige Ausbildung des Isolationsbereichs 32 im Bereich der Umlenkung, die zu einem gleichmäßigeren Stromfluss um die Umlenkung 26 führt. Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Heizgerätes 10 aus den Figuren 1 und 2 in einer Ansicht von rechts, welche einer Ansicht aus Richtung des in Figur 1 gezeigten Pfeils entspricht. Das Heizgerät 10 umfasst das Substrat 20, auf welchem die Haftschicht 18 angebracht ist. Die Haftschicht 18 kann elektrisch isolierend sein und beispielsweise durch Oxidieren eines metallischen Materials des Substrates 20 hergestellt werden, etwa durch Oxidieren von Aluminium. Auf der Haftschicht 18 ist die Leiterbahn 12 angeordnet. Die Leiterbahn 12 kann durch ein geeignetes Verfahren, etwa ein Druck-, Spritz-, Gieß- oder Plasmaverfahren auf der Haftschicht 18 aufgebracht sein. In dieser Ansicht ist ein Isolationsbereich 24 der Leiterbahn 12 zu erkennen, welcher unterschiedliche, gegenläufig von Strom durchflossene Abschnitte der Leiterbahn voneinander trennt.
Sofern in der vorstehenden Beschreibung von einem Plasmaverfahren gesprochen wird, sollte verstanden werden, dass statt diesem auch allgemein ein thermisches Spritzverfahren verwendet werden kann. Die Struktur der in der vorstehenden Beschreibung genannten Leiterbahn kann durch ein Druckverfahren erzeugt werden. Das zur Erzeugung der Leiterbahn verwendete Verfahren kann eventuell mit einer Maskiertechnik kombiniert werden, um die erzielbaren Strukturbreiten weiter zu verkleinern beziehungsweise die Erzeugung der Struktur zu beschleunigen und/oder zu vereinfachen. Beispielsweise kann in der vorstehenden Beschreibung bei Verwendung eines Plasmaspritzverfahrens eine feine Struktur mit minimalen Strukturbreiten von etwa 0,5 mm, beispielsweise einem Leiter- bahnabstand von etwa 0,5 mm, mit Hilfe von Maskierbändern für eine mäandrierende Heizleiterschicht realisiert sein. Ein zusätzliches Lasern der Struktur kann dann eventuell entfallen. Die Höhe der aus der vorstehenden Beschreibung bekannten Leiterbahn auf dem Substrat kann sinnvollerweise bis zu 30 μηη, vorzugsweise zwischen 5 μηη bis 20 μηη und insbesondere zwischen 10 μηη und 15 μηη betragen. Größere Höhen/Dicken der Lei- terbahn, beispielsweise bis zu 1 mm sind selbstverständlich auch möglich. Die Höhe/Dicke der Leiterbahn kann entscheidend zur Einstellung eines Querschnitts der Leiterbahn ge- nutzt werden, um deren Widerstand festzulegen beziehungsweise zu beeinflussen. Das in der vorstehenden Beschreibung genannte Dämmmaterial kann beispielsweise Silikone und/oder Polymere umfassen oder aus ihnen bestehen. Die aus der vorstehenden Beschreibung bekannte Leiterbahn kann auch aus einem elektrisch leitenden keramischen Material bestehen. Ein solches leitendes keramisches Material kann beispielsweise Titandioxid (Ti02) umfassen. Das aus der vorstehenden Beschreibung bekannte Substrat kann auch Keramiken mit einem für Keramik vergleichsweise hohen Wärmeleitwert umfassen, beispielsweise Al203 oder AIN, beziehungsweise Mischungen in Form von Metallmatrix- Verbundwerkstoffen, die ebenfalls eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit aufwei- sen können. Das Substrat kann alternativ auch aus einem oder mehreren dieser Stoffe/Stoffgruppen bestehen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombina- tion für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
10 Heizeinrichtung
12 Leiterbahn
14 erster Anschluss
16 zweiter Anschluss
18 Haftschicht
20 Substrat
22 Pfadisolationsbereich
24 Isolationsbereich
26 Umlenkbereich
28 Umlenkbereich
30 Isolationsbereich
32 Isolationsbereich

Claims

Ansprüche
1 . Elektrische Heizeinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem als Leiterbahn (12) auf einem Substrat (20) ausgebildeten Heizwiderstand, wobei die Leiterbahn (12) zumindest teilweise bifilar angeordnet ist.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Heizeinrichtung (10) eine Hochvoltein- richtung ist.
3. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahn (12) durch mindestens einen Pfadisolationsbereich (22) zumindest teilweise in mehrere gegeneinander isolierte Heizpfade aufgeteilt ist.
4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, wobei im Bereich einer Leiterbahnumlenkung (26, 28) in die Gegenrichtung ein verbreiterter Isolationsbereich (30, 32) vorgesehen ist.
5. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahn (12) genau zwei Umlenkungen (26, 28) in die Gegenrichtung aufweist.
6. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahn (12) derart geführt ist, dass gerade Abschnitte der Leiterbahn mit gegenläufigem Strom- fluss nebeneinander angeordnet sind.
7. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahn (12) zumindest teilweise spiralförmig oder schneckenförmig angeordnet ist.
8. Heizeinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Leiterbahn (12) gerade Abschnitte aufweist, die durch Umlenkungen miteinander verbunden sind.
9. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterbahn von einer Isolierschicht bedeckt ist.
10. Fahrzeug mit einer Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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