WO2020020541A1 - Heizvorrichtung - Google Patents

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WO2020020541A1
WO2020020541A1 PCT/EP2019/066251 EP2019066251W WO2020020541A1 WO 2020020541 A1 WO2020020541 A1 WO 2020020541A1 EP 2019066251 W EP2019066251 W EP 2019066251W WO 2020020541 A1 WO2020020541 A1 WO 2020020541A1
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WO
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spring clip
busbar
heat
conducting body
heating element
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/066251
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ewgenij Landes
Steffen Schott
Romualdas ZALIUKAS
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • H05B3/02—Details
    • H05B3/04—Waterproof or air-tight seals for heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
    • H05B2214/03—Heating of hydrocarbons

Definitions

  • the invention relates to a heating device, in particular a heating device for heating a reducing agent for an exhaust gas reduction system.
  • a liquid reducing agent in the form of a urea water solution G, AdBlue “®) is injected into the exhaust gas tract of the internal combustion engine.
  • Urea water solution freezes at -11.5 ° C. What is needed are heaters that are used to prevent freezing of the reducing agent even at low ambient temperatures and / or to thaw frozen reducing agent.
  • Thermally conductive body e.g. made of aluminum, with at least one warmth
  • heating element e.g. a PTC element, a ground-side busbar and a potential-side, molded contact strip.
  • the PTC_Element, the pre-molded contact strip and an insulating washer are pressed / caulked in a pocket formed in the heat-conducting body.
  • the first cracks on the insulation washer and / or on the PTC element can already occur during the pressing, which result in a deterioration in the heating output. Further cracks can occur during operation. In the course of time, the cracks in connection with decreasing tension force lead to an inadmissible increase in the contact resistance. The contacting and sufficient pressing of individual PTC fragments cannot be ensured either become. This results in an increased risk of corrosion on fragments that are not or poorly contacted.
  • DE 10 2017 209 568 A1 discloses a heating device for heating a reducing agent in an exhaust gas reduction system, with a metallic heat-conducting body, a heating element and a fixing element, which can be attached to the metallic body in such a way that the heating element is arranged between the fixing element and the metallic body and through the
  • Fixing element is fixed to the metallic body.
  • a heating device comprises a preassembly which comprises a heat-conducting body, a busbar, a heating element arranged between the heat-conducting body and the busbar and a spring clip.
  • the spring clip is designed to press the busbar and the heating element against the heat-conducting body.
  • the busbar is overmolded with a busbar overmolding. The spring clip and the busbar encapsulation are designed such that when the
  • Pre-assembly is overmolded with an outer encapsulation material, outer encapsulation material encloses the spring clip faster from the outside than to get between the spring clip and the busbar encapsulation.
  • Embodiments of the invention also include a heating device according to the invention, in which the pre-assembly is molded.
  • Pre-assembly which contains a heat-conducting body, a busbar, a heating element arranged between the heat-conducting body and the busbar and a spring clip, which presses the busbar and the heating element against the heat-conducting body, with an encapsulation material around it, without additional measures being taken in front of the external encapsulation material to protect.
  • the shape and the stability of the spring clip are designed so that forces that would act on the heating element during the encapsulation with the outer encapsulation material are at least partially dissipated via the spring clip. As a result, the pre-molded busbar is held and secured against slipping.
  • the spring clip is designed in such a way that it holds the heating element at least in such a way that no outer encapsulation material between the heating element and the corresponding contact surfaces on the outer molding
  • the spring clip of a heating device does not require additional protection from the outer encapsulation material, additional protective measures for protecting the spring clip from the external encapsulation material can be dispensed with. This enables an inexpensive manufacture of a mechanically robust heating device.
  • the material used for the heat-conducting body When selecting the material used for the heat-conducting body, the previously usual requirements for the elasticity of the material are eliminated. As a result, inexpensive standard alloys, for example aluminum alloys, can be used for the heat-conducting body. Material parameters such as workability, strength and heat conduction can also be improved.
  • an additional insulating washer for electrical insulation can be dispensed with.
  • the manufacturing costs can be reduced even further.
  • the spring clip has a substantially U-shaped cross section with two legs aligned parallel to one another and a connecting region which extends between the two legs.
  • connection region has a region which is curved in the direction of the heating element.
  • the curved area is stretched elastically when the spring clip is mounted on the heat-conducting body.
  • the curved area can have various embodiments have as long as the curved area remains elastically tensioned when the spring clip is mounted.
  • the spring clip can be held securely on the heat-conducting body by its own pretension.
  • Such a spring clip is simple and inexpensive to manufacture.
  • the busbar has a first (molded) area and a second (molded) area, the first area being arranged between the heat-conducting body and the connecting area of the spring clip, and the second area being arranged between the heat-conducting body and one leg of the spring clip is. In this way, two areas of the busbar can be securely fixed to the heat-conducting body by means of a single spring clip.
  • At least one stiffening in particular a stiffening rib, is formed on the connecting area in order to increase the stiffness of the connecting area without increasing the overall material thickness of the spring clip. In this way, the rigidity of the spring clip can be increased inexpensively, in particular with little additional material, without significantly increasing the weight of the spring clip.
  • the spring clip can in particular be made of spring steel.
  • a heating device with a spring clip made of spring steel has the advantage that the heating element and the pre-molded busbar, in spite of different expansion coefficients, both at low temperatures, in particular also at temperatures below freezing point, as well as at high ones
  • Temperatures such as occur during the operation of the heating device, are always pressed against the heat sink.
  • the heat-conducting body has at least one
  • Locking hook and the spring clip has at least one corresponding opening for receiving the at least one locking hook.
  • a recess for receiving one end of a leg of the spring clip can be formed on the at least one latching hook so that the tension of the mounted spring clip is not reduced. Such Recess also simplifies the assembly of the spring clip on the heat sink.
  • the spring clip has at least one latching hook and the heat-conducting body has at least one corresponding opening for receiving the at least one latching hook.
  • a combination of locking hooks and at least one corresponding opening allows the spring clip to be securely attached to the device at low cost
  • a projection is formed in addition to the latching hook, which restricts the movement of the spring clip in the assembled state and thereby limits the maximum displacement of the spring clip downward when the outer molding material is extrusion-coated.
  • Figure 1 shows a schematic cross section through a heating device according to the invention in a three-dimensional representation.
  • FIG. 2 shows a perspective side view of a heat-conducting body according to the invention and a pre-molded busbar according to the invention which is arranged on the heat-conducting body.
  • Figure 3 shows a side sectional view of an inventive
  • Figure 4 shows a side sectional view of the spring clip in a state mounted on the heat-conducting element.
  • Figure 5 shows a perspective view of the engagement of a latching hook of the heat-conducting body in an opening formed in the spring clip.
  • FIGS 6 to 8 illustrate the assembly of the spring clip on the heat sink.
  • Figure 9 shows a spring clip mounted on the heat-conducting body with web-like stiffeners.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a heating device 2 according to the invention.
  • the heating device 2 comprises a preassembly 3 with a metallic heat conducting body 4, a metallic bus bar 6, a heating element 8 arranged between the heat conducting body 4 and the bus bar 6, for example a PTC heating element 8, and a spring clip 20.
  • the spring clip 20 is designed to elastically press the busbar 6 and the heating element 8 against the heat-conducting body 6 in order to fix the heating element 8 to the heat-conducting body 6. This makes the heating element 8 so with
  • Thermally conductive body 4 and the busbar 6 in contact that an electrical current transmission between the heating element 8 and the thermal conductor 4 or the busbar 6 is possible in order to supply the heating element 8 with the electrical current necessary for the operation of the heating element 8.
  • the busbar 6 is extrusion-coated with a plastic material which forms a busbar overmolding 12.
  • Busbar extrusion coating 12 completely covers the busbar 6 on its side facing away from the heating element 8 and partially on that
  • Heating element 8 facing side The plastic material covers in particular the area of the side of the busbar 6 facing the heating element 8 which is not in contact with the heating element 8.
  • FIG. 2 shows a perspective side view of the heat-conducting body 4 and the pre-molded bus bar 6.
  • the heating element 8 is by the
  • Pre-molding 12 of the busbar 6 is covered and is therefore not visible in FIG. 2.
  • the spring clip 20 is not shown in FIG. 2 in order to allow an undisturbed view of the pre-molded busbar 6.
  • the heat-conducting body 4, the busbar 6 encapsulated with the busbar encapsulation 12, the heating element 8 and the spring clip 20 are encapsulated together with an external encapsulation material (“external encapsulation”) 14 which encloses the entire heating device 2 and seals it in a fluid-tight manner.
  • external encapsulation an external encapsulation material
  • the spring clip 20 and the busbar encapsulation 12 are designed in such a way that the outer encapsulation material 14 encloses the spring clip 20 more quickly from the outside during external encapsulation than it enters the space between the spring clip 20 and the busbar encapsulation 12.
  • the injection point (not shown in the figure) in the illustration in FIG. 2 is arranged above the heating device 2. This will make the
  • Injection molding material 14 down first and only then against the Thermally conductive body 4 pressed. Therefore, the outer encapsulation material 14 cannot reach the contact zone of the heating element 8 with the busbar 6 and the heating element 4 and the spring clip 20 is not subjected to excessive mechanical stress.
  • the spring clip 20 is designed so that the outer encapsulation material 14 the available space between the spring clip 20 and the
  • Pre-molding 12 of the busbar 6 fills out as completely as possible in order to enable the best possible and quick heat transfer from the heating element 8 via the pre-molded busbar 6, the spring clip 20 and the outer molding material 14 to a fluid (not shown) surrounding the heating element 8.
  • Sufficiently large gaps can be left open at the top and bottom of the installation space for the spring clip 20 and / or the spring clip 20 can be formed with sufficiently large openings 26a, 26b.
  • the pre-encapsulation 12 is in particular designed such that a front of the outer encapsulation material 14 does not directly hit the heating element 8 during the external encapsulation, so that the pre-encapsulated element moves undesirably Busbar 6 and the radiator 8 is prevented by the outer molding material 14 or at least significantly reduced.
  • An electrically insulating pre-encapsulation 12 also results in a
  • the pre-encapsulation 12 is in particular designed such that the later external encapsulation 14 is protected against any sharp edges of the spring clip 20 that may be present.
  • the geometry of the pre-encapsulation 12 can follow the contour of the spring clip 20 and always protrude somewhat “outwards” in order to relieve the pressure on the external encapsulation 14 and the formation of cracks that could be caused by sharp edges of the spring clip 20 avoid.
  • Spring clip 20 designed recessed pressing surface 10 serves to center and / or positional orientation of the spring clip 20.
  • the pre-injection molding 12 of the busbar 6 can be supported and / or
  • Pressure area of the pressing surface 10 in particular be designed such that a uniform distribution of the force on the busbar 6 on the
  • Heating element 8 takes place.
  • FIG. 3 shows a side sectional view of the spring clip 20 in a free / unassembled state
  • FIG. 4 shows a side sectional view of the spring clip 20 in a state mounted on the heat-conducting element 4.
  • the spring clip 20 has an essentially U-shaped cross section with two legs 22a, 22b and one aligned parallel to one another
  • Connection area 24 which extends between the two legs 22a, 22b.
  • the connecting region 24 is designed as a region which is curved in the direction of the heat-conducting body 4 (roll rounding) and has a radius of curvature Ri (see FIG. 3).
  • the connection area 24 can in its Form of training vary, for example to change the preload of the spring clip or to maintain the reproducibility of the preload.
  • An opening 26a, 26b is formed in each of the two legs 22a, 22b of the spring clip 20 and is designed to receive a latching hook 28a, 28b formed on the heat-conducting body 4 in order to be able to fix the spring clip 20 on the heat-conducting body 4.
  • the openings 26a, 26b also allow external
  • the bent angles ai and a 2 which form the legs 22a, 22b with the connecting area 24 of the spring clip 20, attempt to return to their original shape in the assembled / tensioned state of the spring clip 20.
  • the spring clip 20 engages behind the latching hooks 28a, 28b as soon as the latching hooks 28a, 28b can protrude into the corresponding opening 26a, 26b, which are formed in the legs 22a, 22b.
  • FIG. 5 shows a perspective illustration of the engagement of a latching hook 28a of the heat-conducting body 4 in a corresponding opening 26a.
  • a projection 27 is formed, which restricts the movement of the spring clip 20 in the assembled state and thereby limits the maximum displacement of the spring clip 20 downward when the outer molding material is extrusion-coated.
  • a recess 30 is formed in the heat-conducting body 4 on the side of the locking hook 28a facing away from the spring clip 20.
  • one end 23a of the leg 22a of the spring clip 20 is exposed behind the latching hook 24a, so that the elastic restoring forces of the spring clip 20, which fix the spring clip 20 to the heat-conducting body 4, are not counteracted.
  • the recess 30 also makes it possible to mount the spring clip 20 on the heat-conducting body 4 by “pivoting in on one side”, as is shown in FIGS. 6 to 8.
  • the spring clip 20 is first positioned in a tilted position on the heat-conducting body 4 in such a way that it rests on the recess 30
  • trained locking hook 28a extends into a corresponding opening 26a, which is formed in one leg 22a of the spring clip 20 (see Figure 6).
  • Locking hook 28a formed recess 30.
  • the other leg 22b of the spring clip 20 is initially free.
  • the spring clip 20 is then pivoted about the contact point between the latching hook 28a and the leg 22a of the spring clip 20, as a result of which the bulbous connection region 24 of the spring clip 20 comes into contact with the pre-molding 12 of the busbar 6 (see FIG. 7).
  • the opening 26b formed in the second leg 22b passes through the second latching hook 28b formed on the heat-conducting body 4.
  • the second latching hook 28b snaps into the opening 26b formed in the second leg 22b, and the spring clip 20 is fixed to the heat-conducting body 4 in a tensioned state (see FIG. 8).
  • Spring clip 20 is additionally used to fix a second area 38 of the pre-molded bus bar 6, which is arranged below the heat-conducting body 4 in the illustration of FIGS. 6 to 8.
  • the end 23b of the “lower” leg 22a of the spring clip 20 is not exposed, unlike the end 23a of the “upper” leg 22a.
  • the end 23a of the “lower” leg 22a of the spring clip 20 lies rather elastically on the pre-molded part second area 38 of the busbar 6 so that it presses and fixes it against the heat-conducting body 4.
  • the contact pressure of the spring clip 20 has the result that, despite existing tolerances in the dimensions of the pre-molded bus bar 6, the heat-conducting body 4 and the heating element 8, there is almost no play.
  • the spring clip 20 can in particular be made from a suitable spring steel.
  • the contact force of the spring clip 20 is determined in particular by:
  • Embodiments of the invention provide a robust heating device 2 which can be produced inexpensively.

Abstract

Heizvorrichtung (2) mit einer Vorbaugruppe (3), die einen Wärmeleitkörper (4); eine Stromschiene (6); ein zwischen dem Wärmeleitkörper (4) und der Stromschiene (6) angeordneten Heizelement (8); und eine Federklammer (20) umfasst, die ausgebildet ist, die Stromschiene (6) und das Heizelement (8) gegen den Wärmeleitkörper (4) zu drücken. Die Stromschiene (6) ist mit einer Stromschienenumspritzung (12) umspritzt. Die Federklammer (20) und die Stromschienenumspritzung (12) sind derart ausgebildet, dass, wenn die Vorbaugruppe (3) mit einem äußeren Umspritzmaterial (14) umspritzt wird, das äußere Umspritzmaterial (14) die Federklammer (20) schneller von außen umschließt als zwischen die Federklammer (20) und die Stromschienenumspritzung (12) zu gelangen.

Description

Beschreibung
Titel
Heizvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere eine Heizvorrichtung zum Beheizen eines Reduktionsmittels für ein Abgasreduktionssystem.
Stand der Technik
Um die Stickoxide (NOx) im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, insbesonde re eines Dieselmotors, zu reduzieren, wird ein flüssiges Reduktionsmittel in Form einer Harnstoffwasserlösung G,AdBlue“®) in den Abgastrakt des Verbrennungs motors eingespritzt. Harnstoffwasserlösung gefriert bei -11,5 °C. Daher werden Heizvorrichtungen benötigt, die verwendet werden, um ein Einfrieren des Reduktionsmittels auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu verhindern und/oder gefrorenes Reduktionsmittel aufzutauen.
Derzeit bekannte Heizvorrichtungen umfassen einen metallischen
Wärmeleitkörper, z.B. aus Aluminium, mit wenigstens einem Wärme
erzeugenden Heizelement, z.B. einem PTC-Element, einer massenseitigem Stromschiene und einer potenzialseitigen, umspritzten Kontaktleiste.
Um eine dauerhafte thermische Verbindung und eine dauerhafte elektrische Kontaktierung zwischen dem PTC-Element und dem Wärmeleitkörper sicherzustellen, werden das PTC_Element, die vorumspritzte Kontaktleiste und eine Isolierscheibe in einer im Wärmeleitkörper ausgebildeten Tasche verpresst/ verstemmt.
Bereits beim Verpressen können erste Risse an der Isolationsscheibe und/oder am PTC-Element entstehen, die eine Verschlechterung der Heizleistung zur Folge haben. Im Betrieb können weitere Risse auftreten. Im Laufe der Zeit führen die Risse in Verbindung mit nachlassender Spannkraft zu einer unzulässigen Erhöhung des Übergangswiderstandes. Auch kann die Kontaktierung und ausreichende Verpressung von einzelnen PTC- Bruchstücken nicht sichergestellt werden. Dies hat eine erhöhte Korrosionsgefahr an nicht oder schlecht kontak tierten Bruchstücken zur Folge.
DE 10 2017 209 568 Al offenbart eine Heizvorrichtung zum Beheizen eines Reduktionsmittels in einem Abgasreduktionssystem, mit einem metallischen Wärmeleitkörper, einem Heizelement und einem Fixierelement, das derart an dem metallischen Körper anbringbar ist, dass das Heizelement zwischen dem Fixierelement und dem metallischen Körper angeordnet und durch das
Fixierelement an dem metallischen Körper fixiert ist.
Offenbarung der Erfindung:
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Heizvorrichtung zum Beheizen des Reduktionsmittels zur Verfügung zu stellen, die einfacher und kostengünstiger produziert werden kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine Heizvorrichtung eine Vorbaugruppe, die einen Wärmeleitkörper, eine Stromschiene, ein zwischen dem Wärmeleitkörper und der Stromschiene angeordnetes Heizelement und eine Federklammer umfasst. Die Federklammer ist ausgebildet, die Stromschiene und das Heizelement gegen den Wärmeleitkörper zu drücken. Die Stromschiene ist mit einer Stromschienenumspritzung umspritzt. Die Federklammer und die Stromschienenumspritzung sind derart ausgebildet, dass, wenn die
Vorbaugruppe mit einem äußeren Umspritzmaterial umspritzt wird, äußeres Umspritzmaterial die Federklammer schneller von außen umschließt als zwischen die Federklammer und die Stromschienenumspritzung zu gelangen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen auch eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung, in der die Vorbaugruppe umspritzt ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen auch ein Verfahren zum
Herstellen einer Heizvorrichtung, wobei das Verfahren umfasst, eine
Vorbaugruppe, die einen Wärmeleitkörper, eine Stromschiene, ein zwischen dem Wärmeleitkörper und der Stromschiene angeordneten Heizelement und eine Federklammer enthält, welche die Stromschiene und das Heizelement gegen den Wärmeleitkörper drückt, mit einem Umspritzmaterial zu umspritzen, ohne die Federklammer durch zusätzliche Maßnahmen vor dem äußeren Umspritzmaterial zu schützen. Die Form und die Stabilität der Federklammer sind dabei so ausgelegt, dass beim Umspritzen mit dem äußeren Umspritzmaterial entstehende Kräfte, die auf das Heizelement einwirken würden, über die Federklammer zumindest teilweise abgeleitet werden. Dadurch wird die vorumspritzte Stromschiene gehalten und gegen Verrutschen gesichert.
Die Federklammer ist so ausgebildet, dass sie das Heizelement mindestens so festhält, dass beim äußeren Umspritzen kein äußeres Umspritzmaterial zwischen das Heizelement und die korrespondierenden Kontaktflächen am
Wärmeleitkörper und an der Stromschiene gelangt.
Da die Federklammer einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ohne zusätzlichen Schutz vor dem äußeren Umspritzmaterial auskommt, kann auf zusätzliche Schutzmaßnahmen zum Schutz der Federklammer vor dem äußeren Umspritzmaterial verzichtet werden. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung einer mechanisch robusten Heizvorrichtung.
Bei der Auswahl des für den Wärmeleitkörper verwendeten Materials entfallen die bisher üblichen Anforderungen an die Elastizität des Materials. Dadurch können für den Wärmeleitkörper günstige Standard-Legierungen, zum Beispiel Aluminium-Legierungen, verwendet werden. Auch können Werkstoff- Parameter wie Verarbeitbarkeit, Festigkeit und Wärmeleitung verbessert werden.
Durch Verwenden einer erfindungsgemäß umspritzten Stromschiene kann auf eine zusätzliche Isolierscheibe zur elektrischen Isolation verzichtet werden. Hier durch können die Herstellungskosten noch weiter gesenkt werden.
In einer Ausführungsform weist die Federklammer einen im Wesentlichen U- förmigen Querschnitt mit zwei parallel zueinander ausgerichtete Schenkeln und einen Verbindungsbereich auf, der sich zwischen den beiden Schenkeln erstreckt.
In einer Ausführungsform weist der Verbindungsbereich einen in Richtung auf das Heizelement bauchig gekrümmten Bereich auf. Dabei ist der gekrümmte Bereich elastisch gespannt, wenn die Federklammer am Wärmeleitkörper montiert ist. Der gekrümmte Bereich kann verschiedene Ausführungsformen aufweisen, solange der gekrümmte Bereich elastisch gespannt bleibt, wenn die Federklammer montiert ist.
Auf diese Weise kann die Federklammer durch eigene Vorspannung sicher am Wärmeleitkörper gehalten werden. Eine derartige Federklammer ist einfach und kostengünstig herstellbar.
In einer Ausführungsform weist die Stromschiene einen ersten (umspritzten) Bereich und einen zweiten (umspritzten) Bereich auf, wobei der erste Bereich zwischen dem Wärmeleitkörper und dem Verbindungsbereich der Federklammer angeordnet ist, und wobei der zweite Bereich zwischen dem Wärmeleitkörper und einem Schenkel der Federklammer angeordnet ist. Auf diese Weise können zwei Bereiche der Stromschiene durch eine einzige Federklammer sicher am Wärmeleitkörper fixiert werden.
In einer Ausführungsform ist auf dem Verbindungsbereich wenigstens eine Versteifung, insbesondere eine Versteifungsrippe, ausgebildet, um die Steifheit des Verbindungsbereichs zu erhöhen, ohne die Materialdicke der Federklammer insgesamt zu erhöhen. Auf diese Weise kann die Steifheit der Federklammer kostengünstig, insbesondere mit wenig zusätzlichem Material, erhöht werden, ohne das Gewicht der Federklammer erheblich zu erhöhen.
Die Federklammer kann insbesondere aus Federstahl ausgebildet sein. Eine Heizvorrichtung mit einer Federklammer aus Federstahl hat den Vorteil, dass das Heizelement und die vorumspritzte Stromschiene trotz unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten sowohl bei niedrigen Temperaturen, insbesondere auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, als auch bei hohen
Temperaturen, wie sie beim Betrieb der Heizvorrichtung auftreten, immer gegen den Wärmeleitkörper gedrückt werden.
In einer Ausführungsform weist der Wärmeleitkörper wenigstens einen
Rasthaken auf und die Federklammer weist wenigstens eine korrespondierende Öffnung zur Aufnahme des wenigstens einen Rasthakens auf.
An dem wenigstens einen Rasthaken kann eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Endes eines Schenkels der Federklammer ausgebildet sein, damit die Spannung der montierten Federklammer nicht reduziert wird. Eine solche Ausnehmung vereinfacht darüber hinaus die Montage der Federklammer am Wärmeleitkörper.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Federklammer wenigstens einen Rasthaken auf und der Wärmeleitkörper weist wenigstens eine korres pondierende Öffnung zur Aufnahme des wenigstens einen Rasthakens auf.
Eine Kombination aus Rasthaken und wenigstens einer korrespondierenden Öffnung ermöglicht es, die Federklammer kostengünstig sicher an dem
Wärmeleitkörper zu befestigen.
In einer Ausführungsform ist neben dem Rasthaken ein Vorsprung ausgebildet, der die Bewegung der Federklammer im montierten Zustand einschränkt und dadurch die maximale Verschiebung der Federklammer nach unten beim Umspritzen mit dem äußeren Umspritzmaterial begrenzt.
Kurze Beschreibung der Figuren:
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung in einer dreidimensionalen Darstellung.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wärmeleitkörpers und einer erfindungsgemäßen vorumspritzten Stromschiene, die an dem Wärmeleitkörper angeordnet ist.
Figur 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen
Federklammer in einem unmontierten Zustand.
Figur 4 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Federklammer in einem an dem Wärmeleitelement montierten Zustand.
Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Eingriff eines Rasthakens des Wärmeleitkörpers in eine in der Federklammer ausgebildete Öffnung.
Figuren 6 bis 8 veranschaulichen die Montage der Federklammer an dem Wärmeleitkörper.
Figur 9 zeigt einen an dem Wärmeleitkörper montierte Federklammer mit stegartig ausgebildeten Versteifungen.
Figurenbeschreibung:
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung 2.
Die Heizvorrichtung 2 umfasst eine Vorbaugruppe 3 mit einem metallischen Wärmeleitkörper 4, einer metallischen Stromschiene 6, einem zwischen dem Wärmeleitkörper 4 und der Stromschiene 6 angeordneten Heizelement 8, beispielsweise einem PTC-Heizelement 8, und einer Federklammer 20. Die Federklammer 20 ist ausgebildet, die Stromschiene 6 und das Heizelement 8 elastisch gegen den Wärmeleitkörper 6 zu drücken, um das Heizelement 8 am Wärmeleitkörper 6 zu fixieren. Dadurch ist das Heizelement 8 so mit dem
Wärmeleitkörper 4 und der Stromschiene 6 im Kontakt, dass eine elektrische Stromübertragung zwischen dem Heizelement 8 und dem Wärmeleitkörper 4 bzw. der Stromschiene 6 möglich ist, um das Heizelement 8 mit dem für den Betrieb des Heizelements 8 notwendigen elektrischen Strom zu versorgen.
Die Stromschiene 6 ist mit einem Kunststoffmaterial umspritzt, welches eine Stromschienenumspritzung 12 ausbildet. Das Kunststoffmaterial der
Stromschienenumspritzung 12 bedeckt die Stromschiene 6 vollständig auf ihrer von dem Heizelement 8 abgewandten Seite und teilweise auf der dem
Heizelement 8 zugewandten Seite. Das Kunststoff material bedeckt insbesondere den Bereich der dem Heizelement 8 zugewandten Seite der Stromschiene 6, der nicht am Heizelement 8 anliegt.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des Wärmeleitkörpers 4 und der vorumspritzten Stromschiene 6. Das Heizelement 8 wird durch die
Vorumspritzung 12 der Stromschiene 6 verdeckt und ist daher in der Figur 2 nicht sichtbar.
Die Federklammer 20 ist in der Figur 2 nicht gezeigt, um einen ungestörten Blick auf die vorumspritzte Stromschiene 6 zu ermöglichen.
Der Wärmeleitkörper 4, die mit der Stromschienenumspritzung 12 umspritzte Stromschiene 6, das Heizelement 8 und die Federklammer 20 sind gemeinsam mit einem äußeren Umspritzmaterial ("äußere Umspritzung") 14 umspritzt, welches die gesamte Heizvorrichtung 2 umschließt und fluiddicht abdichtet.
Die Federklammer 20 und die Stromschienenumspritzung 12 sind derart ausgebildet, dass das äußere Umspritzmaterial 14 die Federklammer 20 beim äußeren Umspritzen schneller von außen umschließt als es in den Raum zwischen der Federklammer 20 und der Stromschienenumspritzung 12 gelangt.
Insbesondere ist der (nicht in der Figur gezeigte) Anspritzpunkt in der Darstellung der Figur 2 oberhalb der Heizvorrichtung 2 angeordnet. Dadurch wird die
Stromschienenumspritzung 12 beim Umspritzen mit dem äußeren
Umspritzmaterial 14 zuerst nach unten und erst danach gegen den Wärmeleitkörper 4 gedrückt. Daher kann das äußere Umspritzmaterial 14 nicht an die Kontaktzone des Heizelements 8 mit der Stromschiene 6 und dem Heizkörper 4 gelangen und die Federklammer 20 wird mechanisch nicht übermäßig belastet.
So wird gewährleistet, dass das äußere Umspritzmaterial 14 die Federklammer 20 beim äußeren Umspritzen nicht von der Stromschiene 6 abhebt und dadurch die auf die Stromschiene 6 und das Heizelement 8 wirkende Anpresskraft verringert. Vielmehr wird auch während des äußeren Umspritzens die notwendige Anpresskraft auf das Heizelement 8 aufrechterhalten und die notwendige elektrische Kontaktierung dauerhaft sichergestellt.
Da während des äußeren Umspritzens keine plastische Verformung der
Federklammer 19 stattfindet, ist eine ausreichend große Anpresskraft über die gesamte Lebensdauer der Heizvorrichtung 2 gewährleistet.
Auch wird keine unzulässig geringe Dicke der äußeren Wandstärke bewirkt, wie sie durch ein übermäßiges Abheben der Federklammer 20 beim äußeren Umspritzen entstehen könnte.
Die Federklammer 20 ist dabei so ausgelegt, dass das äußere Umspritzmaterial 14 den vorhandenen Freiraum zwischen der Federklammer 20 und der
Vorumspritzung 12 der Stromschiene 6 möglichst vollständig ausfüllt, um eine möglichst gute und schnelle Wärmeübertragung von dem Heizelement 8 über die vorumspritzte Stromschiene 6, die Federklammer 20 und das äußere Umspritz material 14 an ein das Heizelement 8 umgebendes (nicht gezeigtes) Fluid zu ermöglichen.
Um den Zwischenraum zwischen der Federklammer 20 und der Vorumspritzung 12 der Stromschiene 6 möglichst gut auszufüllen, können z.B. oben und unten am Bauraum für die Federklammer 20 ausreichend große Spalte offen gelassen werden und/oder die Federklammer 20 kann mit ausreichend großen Öffnungen 26a, 26b ausgebildet sein.
Die Vorumspritzung 12 ist insbesondere so ausgestaltet, dass eine Front des äußeren Umspritzmaterials 14 beim äußeren Umspritzen nicht direkt auf den Heizkörper 8 trifft, so dass ein unerwünschtes Bewegen der vorumspritzten Stromschiene 6 und des Heizkörpers 8 durch das äußere Umspritzmaterial 14 verhindert oder zumindest deutlich reduziert wird.
Durch eine elektrisch isolierende Vorumspritzung 12 wird auch eine
Potenzialtrennung der Stromschiene 6 von der Federklammer 20 und dem Wärmeleitkörper 4 sichergestellt.
Die Vorumspritzung 12 ist insbesondere so ausgebildet, dass die spätere äußere Umspritzung 14 vor ggf. vorhandenen scharfen Kanten der Federklammer 20 geschützt ist.
So kann die Geometrie der Vorumspritzung 12 beispielsweise der Kontur der Federklammer 20 folgen und immer etwas weiter„nach außen“ ragen, um die die äußere Umspritzung 14 zu entlasten und das Entstehen von Rissen, die von scharfen Kanten der Federklammer 20 verursacht werden könnten, zu vermeiden.
Eine in der Vorumspritzung 12 im Auflage- und/oder Druckbereich der
Federklammer 20 ausgebildete vertiefte Anpressfläche 10 (siehe Figur 2) dient der Zentrierung und/oder Lageorientierung der Federklammer 20.
Die Vorumspritzung 12 der Stromschiene 6 kann im Auflage- und/oder
Druckbereich der Anpressfläche 10 insbesondere derart ausgestaltet sein, dass eine gleichmäßige Verteilung der Kraft über die Stromschiene 6 auf das
Heizelement 8 erfolgt.
Figur 3 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Federklammer 20 in einem freien / unmontierten Zustand; und Figur 4 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Federklammer 20 in einem an dem Wärmeleitelement 4 montierten Zustand.
Die Federklammer 20 hat einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit zwei parallel zueinander ausgerichteten Schenkeln 22a, 22b und einem
Verbindungsbereich 24, der sich zwischen den beiden Schenkeln 22a, 22b erstreckt.
Der Verbindungsbereich 24 ist als in Richtung auf den Wärmeleitkörper 4 bauchig gekrümmter Bereich (Walzrundung) mit einem Krümmungsradius Ri ausgebildet (siehe Figur 3). Der Verbindungsbereich 24 kann in seiner Ausbildungsform variieren um z.B. die Vorspannung der Federklammer zu ändern oder die Reproduzierbarkeit der Vorspannung einzuhalten.
Wenn die Federklammer 20 am Wärmeleitkörper 4 montiert ist, ist der gekrümmte Verbindungsbereich 24 elastisch gespannt, so dass der bauchig gekrümmte Bereich einen größeren Radius R2 > Ri aufweist (siehe Figur 4).
In den beiden Schenkeln 22a, 22b der Federklammer 20 ist jeweils eine Öffnung 26a, 26b ausgebildet, die zur Aufnahme jeweils eines an dem Wärmeleitkörper 4 ausgebildeten Rasthakens 28a, 28b ausgebildet ist, um die Federklammer 20 an dem Wärmeleitkörper 4 fixieren zu können.
Die Öffnungen 26a, 26b ermöglichen es darüber hinaus äußerem
Umspritzmaterial 14, in den Bereich zwischen der Federklammer 20 und dem Wärmeleitkörper 4 zu gelangen.
Die biegeumgeformten Winkel ai und a2, welche die Schenkel 22a, 22b mit dem Verbindungsbereich 24 der Federklammer 20 ausbilden, versuchen im montierten / verspannten Zustand der Federklammer 20, in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren. Durch diese Rückstellkräfte rastet die Federklammer 20 hinter den Rasthaken 28a, 28b ein, sobald die Rasthaken 28a, 28b in die korrespondierende Öffnung 26a, 26b, die in den Schenkeln 22a, 22b ausgebildet sind, hineinragen können.
Figur 5 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Eingriff eines Rasthakens 28a des Wärmeleitkörpers 4 in eine korrespondierende Öffnung 26a.
Neben dem Rasthaken 28a ist ein Vorsprung 27 ausgebildet, der die Bewegung der Federklammer 20 im montierten Zustand einschränkt und dadurch die maximale Verschiebung der Federklammer 20 nach unten beim Umspritzen mit dem äußeren Umspritzmaterial begrenzt.
Auf dem von der Federklammer 20 abgewandten Seite des Rasthakens 28a ist in dem Wärmeleitkörper 4 eine Ausnehmung 30 ausgebildet. Dadurch liegt ein Ende 23a des Schenkels 22a der Federklammer 20 hinter dem Rasthaken 24a frei, so dass den elastischen Rückstellkräften der Federklammer 20, welche die Federklammer 20 an dem Wärmeleitkörper 4 fixieren, nicht entgegengewirkt wird. Die Ausnehmung 30 ermöglicht es darüber hinaus, die Federklammer 20 durch „einseitiges Einschwenken“ an dem Wärmeleitkörper 4 zu montieren, wie es in den Figuren 6 bis 8 gezeigt ist.
Die Federklammer 20 wird zunächst in einer gekippten Position derart an dem Wärmeleitkörper 4 positioniert, dass sich der an der Ausnehmung 30
ausgebildete Rasthaken 28a in eine korrespondierende Öffnung 26a, die in einem Schenkel 22a der Federklammer 20 ausgebildet ist, erstreckt (siehe Figur 6).
Das Ende 23a des Schenkels 22a erstreckt sich dabei in die hinter dem
Rasthaken 28a ausgebildete Ausnehmung 30. Der andere Schenkel 22b der Federklammer 20 ist zunächst frei.
Die Federklammer 20 wird dann um den Kontaktpunkt zwischen dem Rasthaken 28a und dem Schenkel 22a der Federklammer 20 geschwenkt, wodurch der bauchig ausgebildete Verbindungsbereich 24 der Federklammer 20 in Kontakt mit der Vorumspritzung 12 der Stromschiene 6 kommt (siehe Figur 7).
Durch weiteres Verschwenken der Federklammer 20 wird diese elastisch verspannt, wobei der Radius des bauchig ausgebildeten Verbindungsbereichs 24 durch den Kontakt mit der Vorumspritzung 12 der Stromschiene 6 vergrößert wird (vergl. Figuren 3 und 4).
Schließlich gelangt die in dem zweiten Schenkel 22b ausgebildete Öffnung 26b über den zweiten an dem Wärmeleitkörper 4 ausgebildeten Rasthaken 28b. Der zweite Rasthaken 28b rastet in die in dem zweiten Schenkel 22b ausgebildete Öffnung 26b ein, und die Federklammer 20 ist in einem gespannten Zustand an dem Wärmeleitkörper 4 fixiert (siehe Figur 8).
In dem in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die
Federklammer 20 zusätzlich zur Fixierung eines zweiten Bereichs 38 der vorumspritzten Stromschiene 6 verwendet, der in der Darstellung der Figuren 6 bis 8 unterhalb des Wärmeleitkörpers 4 angeordnet ist. In diesem Fall liegt das Ende 23b des„unteren“ Schenkels 22a der Federklammer 20 anders als das Ende 23a des„oberen“ Schenkels 22a nicht frei. Das Ende 23a des„unteren“ Schenkels 22a der Federklammer 20 liegt vielmehr elastisch am vorumspritzten zweiten Bereich 38 der Stromschiene 6 an, so dass es diesen gegen den Wärmeleitkörper 4 drückt und fixiert.
Ein unbeabsichtigtes Verschieben der Stromschiene 6 während des äußeren Umspritzens wird so zuverlässig verhindert.
Die Anpresskraft der Federklammer 20 hat zur Folge, dass trotz vorhandener Toleranzen in den Abmessungen der vorumspritzten Stromschiene 6, des Wärmeleitkörpers 4 und des Heizelements 8 nahezu kein Spiel vorhanden ist.
Die Federklammer 20 kann insbesondere aus einem geeigneten Federstahl gefertigt sein.
Auf der von dem Wärmeleitkörper 4 abgewandten Seite der Federklammer 20 können stegartig ausgebildete Versteifungen ausbildet sein (siehe Figur 9), um die Steifheit des bauchig ausgebildeten Verbindungsbereichs 24 der
Federklammer 20 zu erhöhen, ohne für die gesamte Federklammer 20 ein dickeres Material verwenden zu müssen.
Die Anpresskraft der Federklammer 20 wird insbesondere bestimmt durch:
- den Radius Ri des bauchig ausgebildeten Verbindungsbereichs 24;
- die Position der Rasthaken 28a, 28b am Wärmeleitkörper 4 in Bezug auf die in den Schenkeln 22a, 22b der Federklammer 20 ausgebildeten Öffnungen 26a, 26b;
- die Lage der Anpressfläche 10 in Bezug auf den bauchig ausgebildeten Verbindungsbereich 24;
- die Dicke des aus Heizelement 8 und vorumspritzter Stromschiene 6 gebildeten anzupressenden Pakets;
- die geometrische Ausbildung der Federklammer 20, z.B. mit oder ohne
Versteifungen 32;
- die Abmessungen (Höhe und Breite) der Federklammer 20; sowie
- Dicke und Härte des für die Federklammer 20 verwendeten Materials.
Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen eine robuste Heizvorrichtung 2 zur Verfügung, die kostengünstig herstellbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Heizvorrichtung (2) mit einer Vorbaugruppe (3), die einen Wärmeleitkörper (4); eine Stromschiene (6); einen zwischen dem Wärmeleitkörper (4) und der Stromschiene (6) angeordneten Heizelement (8); und eine Federklammer (20), die ausgebildet ist, die Stromschiene (6) und das Heizelement (8) gegen den Wärmeleitkörper (4) zu drücken, umfasst; wobei die Stromschiene (6) mit einer Stromschienenumspritzung (12) umspritzt ist; und wobei die Federklammer (20) und die Stromschienenumspritzung (12) derart ausgebildet sind, dass, wenn die Vorbaugruppe (3) mit äußerem
Umspritzmaterial (14) umspritzt wird, das äußere Umspritzmaterial (14) die Federklammer (20) schneller von außen umschließt als zwischen die Federklammer (20) und die Stromschienenumspritzung (12) zu gelangen.
2. Heizvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei die Federklammer (20) einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit zwei parallel zueinander ausgerichtete Schenkeln (22a, 22b) und einen Verbindungsbereich (24) aufweist, der sich zwischen den beiden Schenkeln (22a, 22b) erstreckt.
3. Heizvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei der Verbindungsbereich (24) einen in Richtung auf das Heizelement (8) bauchig gekrümmten Bereich aufweist und, wobei der gekrümmte Bereich elastisch gespannt ist, wenn die Federklammer (20) am Wärmeleitkörper (4) montiert ist.
4. Heizvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die
Stromschiene (6) einen ersten Bereich (36) und einen zweiten Bereich (38) aufweist, wobei der erste Bereich (36) zwischen dem Wärmeleitkörper (4) und dem Verbindungsbereich der Federklammer (20) angeordnet ist, und wobei der zweite Bereich (38) zwischen dem Wärmeleitkörper (4) und einem Schenkel der Federklammer (20) angeordnet ist.
5. Heizvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei auf dem
Verbindungsbereich (24) wenigstens eine Versteifung (32) ausgebildet ist.
6. Heizvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Federklammer (20) aus Federstahl ausgebildet ist.
7. Heizvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeleitkörper (4) wenigstens einen Rasthaken (28a, 28b) und die Federklammer (20) wenigstens eine korrespondierende Öffnung (26a, 26b) zur Aufnahme des wenigstens einen Rasthakens (28a, 28b) aufweist.
8. Heizvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Federklammer (20) wenigstens einen Rasthaken (28a, 28b) und der Wärmeleitkörper (4) wenigstens eine korrespondierende Öffnung (26a, 26b) zur Aufnahme des wenigstens einen Rasthakens (28a, 28b) aufweist.
9. Heizvorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeleitkörper (4); die Stromschiene (6); das Heizelement (8); die Federklammer (20) gemeinsam mit einem äußeren Umspritzmaterial (14) umspritzt sind.
10. Verfahren zum Herstellen einer Heizvorrichtung (2) nach einem der
vorangehenden Ansprüche, wobei der Wärmeleitkörper (4), die mit einer Stromschienenumspritzung (12) umspritzte Stromschiene (6), das zwischen dem Wärmeleitkörper (4) und der Stromschiene (6) angeordnetes
Heizelement (8) und die Federklammer (20), welche die Stromschiene (6) und das Heizelement (8) gegen den Wärmeleitkörper (4) drückt, gemeinsam mit einem Umspritzmaterial (14) umspritzt werden, ohne die Federklammer (20) durch zusätzliche Maßnahmen vor dem äußeren Umspritzmaterial (14) zu schützen.
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