[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Rahmen,
der an gegenüberliegenden Seiten Öffnungen für den Durchtritt eines zu erwärmenden
Mediums ausbildet. Die elektrische Heizvorrichtung hat ferner einen in dem Rahmen
angeordneten Schichtaufbau. Dieser hat in einer Richtung quer zu der Durchtrittsrichtung
des zu erwärmenden Mediums mehrere Lagen, die durch Wellrippenelemente und wenigstens
ein Wärme erzeugendes Element gebildet werden. Das Wärme erzeugende Element umfasst
dabei wenigstens ein zwischen parallelen Kontaktblechen angeordnetes PTC-Element.
[0003] Als gattungsbildend wird auch der durch die
EP 2 161 514 A1 gegebene Stand der Technik angesehen. Diesem Stand der Technik liegt auch die der
vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problemstellung zugrunde. Es geht darum, eine
elektrische Heizvorrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, welche eine erhöhte
Heizleistung bei einem kompakten Aufbau erlaubt.
[0004] Dabei besteht bei gattungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtungen auf Grund der selbstregelnden
Eigenschaften des PTC-Elementes das Problem, dass mit zunehmender Temperatur und auch
Heizleistung der Widerstand der PTC-Elemente stark ansteigt, so dass die Leistungsabgabe
der PTC-Elemente verringert ist. Da andererseits die elektrischen Heizvorrichtungen
insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen sollen diese eine kompakte Bauweise
haben, so dass der Vorschlag, zwei in herkömmlicher Weise ausgebildete elektrische
Heizvorrichtungen in Strömungs- bzw. Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden Mediums
hintereinander in einem HVAC anzuordnen, verworfen werden muss, da dieser dem Erfordernis
einer kompakten Bauweise zuwiderläuft.
[0005] Die
EP 2 161 514 A1 schlägt vor, mehrere Wellrippenelemente in Strömungsrichtung des Stroms zu erwärmender
Luft hintereinander anzuordnen und innerhalb eines einheitlichen Rahmens aufzunehmen.
Nach dem vorbekannten Vorschlag sind zumindest zwei Heizblöcke in Durchtrittsrichtung
der zu erwärmenden Luft hintereinander angeordnet. Dabei sind die Heizblöcke zumindest
versetzt vorgesehen, d. h. die Wärme erzeugenden Elemente der einzelnen Heizblöcke
liegen in Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden Mediums nicht unmittelbar hintereinander.
Vielmehr haben diese einen Querabstand zueinander in dieser Durchtrittsrichtung bei
ansonsten paralleler Ausrichtung der Schichten der verschiedenen Heizblöcke relativ
zueinander. Die Wärme erzeugenden Elemente des einen Heizblocks liegen dabei mittig
hinter den Wellrippenelementen des anderen Heizblocks. Dabei lässt sich der Vorschlag
nach der
EP 2 161 514 A1 offensichtlich von der Überlegung leiten, dass die den in Strömungsrichtung vorderen
Heizblock verlassende erwärmte Luft unmittelbar benachbart zu dem Wärme erzeugenden
Element die stärkste Erwärmung erfahren hat, wohingegen der in Erstreckungsrichtung
der einzelnen Wellrippenelemente mittlere Bereich wegen des größten Abstands dieser
Mitte von dem Wärme erzeugenden Element nur zu einer verhältnismäßig geringen Erwärmung
der Luft führt, so dass diese verhältnismäßig kühle Luft auf den nach der Anschauung
die stärkste Erwärmung bewirkenden Bereich des darauf folgenden Heizblocks auftreffen
soll.
[0006] Bei dem bekannten Vorschlag werden aber durch diejenigen Wärme erzeugenden Elemente,
die den durchströmten Wellrippenelemente nachgelagert und in deren Strömungsweg angeordnet
sind, die Durchtrittsöffnungen für die Luft durch die elektrische Heizvorrichtung
verlegt, woraus ein verhältnismäßig hoher Strömungswiderstand resultiert. Damit wird
aber auch die Heizleistung und die Effektivität der elektrischen Heizvorrichtung verringert,
da diese nicht allein durch den über die elektrische Heizvorrichtung bewirkten Temperatursprung
definiert ist, sondern auch über die mit diesem Temperatursprung erwärmte Luftmenge.
Ferner wird nur ein Teil der für den Wärmeaustausch mit der Luft vorgesehenen Fläche
genutzt, da sich die in Strömungsrichtung hinter den Wärme erzeugenden Elementen befindlichen
Wellrippenelemente von diesen Wärme erzeugenden Elementen abgeschattet werden und
zwar um etwa ein Drittel ihrer Fläche bei einer Wellrippenhöhe von 10 mm und einer
Dicke des Wärme erzeugenden Elementes von etwa 3 mm.
[0007] Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine elektrische Heizvorrichtung
mit einer erhöhten Heizleistung anzugeben. Dabei will die vorliegende Erfindung insbesondere
eine skalierbare elektrische Heizvorrichtung angeben, d. h. eine solche Heizvorrichtung,
die sich ohne großen Aufwand auf unterschiedliche Heizleistungen anpassen lässt. Die
vorliegende Erfindung will ferner einen Rahmen angeben, mit dem eine entsprechende
Heizvorrichtung auf wirtschaftliche Weise verwirklicht werden kann.
[0008] Zur Lösung des obigen Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine elektrische
Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Diese unterscheidet sich
dadurch von dem gattungsbildenden Stand der Technik, dass in Durchtrittsrichtung des
zu erwärmenden Mediums wenigstens zwei Wellrippenelemente hintereinander angeordnet
sind, deren Wellrippen quer zu der Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden Mediums
versetzt angeordnet sind. Bei einer Ansicht der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung
in Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden Mediums sind dabei auf Höhe der hintereinander
angeordneten Wellrippenelemente die Wellrippen der in unterschiedlichen Ebenen in
Strömungsrichtung hintereinander vorgesehenen Elemente zu erkennen. Die einzelnen
Wellrippen schatten sich dementsprechend nur geringfügig ab. Gleichwohl wird von dem
Übergang von dem auf einer Eingangsebene vorgesehenen Wellrippe zu der dahinterliegenden,
bestenfalls einer Ausgangsebene zugeordneten Wellrippe, eine Umschichtung der Strömung
dadurch erreicht, dass der Strömungsweg durch die versetzt vorgesehenen Wellrippen
verändert wird. Es ergibt sich eine turbulente Strömung am Übergang zwischen den beiden
versetzt vorgesehenen Wellrippenelementen, die zu einer verbesserten Wärmeübertragung
von den Wellrippen an das zu erwärmende Medium führt. Die Wärmeleitung ist bei ansonsten
gleichen Komponenten um zumindest 5% erhöht. Bei mehr als zwei auf verschiedenen Ebenen
hintereinander vorgesehenen Wellrippenelementen ist vorzugsweise jedes der aufeinander
folgenden Wellrippenelemente versetzt zu dem in Strömungsrichtung davorliegenden angeordnet.
Darüber hinaus sind sämtliche Wellrippenelemente vorzugsweise so vorgesehen, dass
deren Wellrippen insgesamt jeweils versetzt zueinander vorgesehen sind.
[0009] Durch die entsprechende Maßnahme ergibt sich ein sehr effektiver Wärmeübergang zwischen
den Wellrippenelementen und dem zu erwärmenden Medium in einer Lage des Schichtaufbaus,
die üblicherweise durch Elemente mit identischer Funktion des Heizblocks gebildet
sind, welche in Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden Mediums exakt hintereinander
angeordnet sind. Dabei lässt sich die Formulierung des Anmeldebegehrens von der Vorstellung
leiten, dass das Medium rechtwinklig zu denjenigen Flächen durch den Rahmen tritt,
welche die Öffnungen für den Durchtritt des zu erwärmenden Mediums ausbilden.
[0010] Der Rahmen ist dabei üblicherweise durch eine Ausgestaltung gebildet, welche den
Schichtaufbau zumindest an beiden Stirnseiten, vorzugsweise vollumfänglich umgibt,
an den sich rechtwinklig zu dieser umfänglichen Umschließung erstreckenden Seiten
indes eine oder mehrere hinreichend große Öffnungen ausbildet, die üblicherweise die
Wellrippenelemente ganz oder zumindest überwiegend freilassen, so dass diese vollständig
oder nahezu vollständig von dem zu erwärmenden Medium angeströmt werden können. Die
Öffnungen können dabei durch Quer- oder Längsstreben verstärkt bzw. durchsetzt sein.
Längsstreben erstrecken sich dabei üblicherweise parallel zu den Lagen des Schichtaufbaus
und regelmäßig auf Höhe der Wärme erzeugenden Elemente, wohingegen Querstreben sich
rechtwinklig hierzu erstrecken und der mechanischen Versteifung des Rahmens dienen,
insbesondere dann, wenn - wie bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung - der Heizblock bzw. Schichtaufbau durch eine oder mehrere in den Schichtaufbau
integrierte Federn in dem Rahmen unter Vorspannung gehalten ist, so dass die Elemente
des Schichtaufbaus lediglich durch die Klemmkraft des Federelementes aneinander gelegt
werden. Diese Klemmkraft bewirkt einerseits eine gute elektrische Kontaktierung zwischen
den parallelen Kontaktblechen und dem oder den dazwischen angeordneten PTC-Elementen
und andererseits eine gute thermische Kontaktierung zwischen den Wärme abgebenden
Elementen und den daran anliegenden und durch die Federkraft dagegen angepressten
Wellrippenelementen.
[0011] Der Schichtaufbau der elektrischen Heizvorrichtung ist mit Blick auf eine möglichst
wirtschaftliche Fertigung aus jeweils identischen Elementen ausgebildet. Sofern mehrere
Wärme erzeugende Elemente Teile des Schichtaufbaues sind, sind diese jeweils identisch
ausgeformt. Auch die in einer Ebene hintereinander vorgesehenen Wellrippenelemente
und die in dem Schichtaufbau übereinander gestapelten, gegebenenfalls unter Zwischenlage
eines Wärme erzeugenden Elementes angeordneten Wellrippenelemente sind jeweils identisch
ausgebildet. Je nach vorgegebener Heizleistung können die Wellrippenelemente aber
jeweils auch eine unterschiedliche Dicke, d.h. Erstreckung in Strömungsrichtung des
zu erwärmenden Mediums haben, so dass für die geforderte Heizleistung jeweils die
optimale Baugröße gegeben ist, speziell die Dicke des Heizblocks. Entsprechend der
Dicke der Wellrippenelemente sind üblicherweise auch die den Wellrippenelementen jeweils
zugeordneten Wärme erzeugenden Elemente ausgeformt.
[0012] Dabei liegen üblicherweise zwei Wellrippenelemente an unterschiedlichen Seiten an
einem Wärme erzeugenden Element an. So liegen erfindungsgemäß üblicherweise zumindest
vier Wellrippenelemente an einem einzigen Wärme erzeugenden Element an. Dieses Wärme
erzeugende Element muss nicht notwendigerweise als einheitliches Wärme erzeugendes
Element hergestellt sein, wobei eine entsprechende Ausgestaltung zu bevorzugen ist.
Dies bedeutet, dass bei einem einheitlichen Wärme erzeugenden Element sämtliche PTC-Elemente
in einem einheitlichen Positionsrahmen vorgesehen sind, welcher ober- und unterseitig
mit Kontaktblechen belegt ist, an denen unmittelbar oder mittelbar die Wellrippenelemente
anliegen. Auf einer Seite des Wärme erzeugenden Elementes liegen daher der Anzahl
der in Strömungsrichtung hintereinander vorgesehenen Wellrippenelemente entsprechende
Wellrippenelemente direkt oder vorzugsweise getrennt durch eine Isolierlage, z. B.
aus einer Kunststofffolie und /oder einer Keramikschicht indirekt an dem dort vorgesehenen
Kontaktblech an. Entsprechendes gilt für die gegenüberliegende Seite.
[0013] Die in Höhenrichtung benachbart zueinander vorgesehenen Wärme erzeugenden Elemente
sind vorzugsweise über zwei identisch ausgebildete Wellrippenelemente voneinander
beabstandet. Mit anderen Worten entspricht der Höhenabstand benachbarter Wärme erzeugender
Elemente der zweifachen Höhe des Wellrippenelementes.
[0014] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind den in Durchtrittsrichtung
hintereinander angeordneten Wellrippenelementen jeweils separate PTC-Elemente zugeordnet.
Dabei definieren die einzelnen Wellrippenelemente, d. h. diejenigen Wellrippenelemente,
die in Durchtrittsrichtung streng hintereinander vorgesehen, also in jeweils hintereinander
liegenden Ebenen angeordnet sind, eine Lage aus. Eine entsprechende Ebene hat üblicherweise
in etwa die einer Dicke des Wellrippenelementes in Durchtrittsrichtung entsprechende
Abmessung. Innerhalb dieser einzelnen Ebenen sind dem jeweiligen Wellrippenelement
zugeordnete PTC-Elemente zugeordnet. Es handelt sich dabei um die PTC-Elemente einer
einheitlichen Lage, d. h. diejenigen PTC-Elemente, die in Durchtrittsrichtung streng
hintereinander vorgesehen sind. Mit dieser Weiterbildung wird eine Ausgestaltung bestimmt,
bei welcher in Höhenrichtung des Schichtaufbaus in einer Ebene und verschiedenen Lagen
benachbart angeordnete Wellrippenelemente jeweils das bzw. den diesen Wellrippenelementen
zugeordnete PTC-Element zwischen sich aufnehmen. Die entsprechenden PTC-Elemente liegen
dabei üblicherweise innerhalb der durch die Wellrippenelemente vorgegebenen Vorder-
und Rückseiten, wobei in erster Nährung ohne Weiteres die Sicht greifen kann, dass
diese Vorder- und Rückseiten von sämtlichen Wellrippenelementen einer Ebene im Wesentlichen
zusammenfallen. Die PTC-Elemente befinden sich dementsprechend innerhalb einer Hüllfläche,
welche die beiden, dem PTC-Element zugeordneten Wellrippenelemente definieren, vorzugsweise
allein durch die Wellrippen dieser Wellrippenelemente definiert ist. In Schnittansicht
liegen die PTC-Elemente dementsprechend immer exakt zwischen den ihnen zugeordneten
Wellrippenelementen, wodurch eine thermische Wechselwirkung zwischen den auf unterschiedlichen
Ebenen vorgesehenen Wellrippen und Wärme erzeugenden Elementen im Wesentlichen verhindert
wird.
[0015] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die PTC-Elemente
in einem einheitlichen, sich über mehrere Ebenen erstreckenden Wärme erzeugenden Element
angeordnet. Dementsprechend überbrücken die mehreren, in unterschiedlichen Ebenen
vorgesehenen Wellrippenelemente lediglich Teilbereiche dieses einheitlichen, diesen
Wellrippenelementen zugeordneten Wärme erzeugenden Elementes. Das Wärme erzeugende
Element hat dementsprechend in Breitenrichtung, d. h. Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden
Mediums eine Erstreckung, die ein Vielfaches der Breite eines der Wellrippenelemente
entsprechend der Anzahl der in Strömungsrichtung hintereinander vorgesehenen Wellrippenelemente
entspricht. Danach können Wellrippenelemente für elektrische Heizvorrichtungen unterschiedlicher
Wärmeleistung in identischer Weise verwendet werden. Es sind jeweils identische Wellrippenelemente
vorgesehen, unabhängig davon, ob Wärme erzeugende Elemente lediglich in einer oder
mehreren Ebenen vorgesehen sind. Die Anpassung der Wellrippenelemente an die notwendige
Heizleistung erfolgt lediglich durch Verschieben der üblicherweise länglichen Wellrippenelemente
relativ zueinander, so dass die Wellrippen der Wellrippenelemente versetzt zueinander
vorgesehen sind. Demgegenüber werden die Wärme erzeugenden Elemente an die notwendige
Heizleistung unmittelbar angepasst. Eine elektrische Heizvorrichtung mit lediglich
in zwei Ebenen vorgesehenen Wellrippenelementen hat danach ein Wärme erzeugendes Element,
welches sich über diese zwei Ebenen in Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden Mediums
erstreckt, wohingegen eine mit drei in einer Lage hintereinander vorgesehenen Wellrippenelementen
ausgestattete elektrische Heizvorrichtung ein Wärme erzeugendes Element hat, welches
in seiner Breite der dreifachen Breite der Wellrippenelemente entspricht, so dass
diese drei in einer Ebene vorgesehenen Wellrippenelemente an dem einheitlichen Wärme
erzeugenden Element zur Anlage gebracht werden können.
[0016] Mit Blick auf eine weitere fertigungstechnische Vereinfachung sind die Wellrippenelemente
einseitig mit Abdeckelementen versehen. Diese Abdeckelemente decken an einer Stirnseite
den umbogenen Bereich eines üblicherweise das Wellrippenelement im Wesentlichen ausformenden,
mäandrierenden Blechstreifens ab. Die Abdeckelemente können ferner die Wellrippen
randseitig an ihren Vorder- bzw. Rückseiten leicht fassen und mit den Wellrippen durch
Umbiegen kraft- und/oder formschlüssig verbunden sein.
[0017] Das Wärme erzeugende Element ist nach der bevorzugten Weiterbildung an einer Seite
mit einer die Kontaktbleche überdeckenden Blechabdeckung versehen. An dieser Seite
des Wärme erzeugenden Elementes liegen üblicherweise die umbogenen Enden des mäandrierenden
Blechstreifens des Wellrippenelementes unmittelbar an der Blechabdeckung an. An der
gegenüberliegenden Seite des Wärme erzeugenden Elementes liegen die an den Wellrippenelementen
vorgesehenen Abdeckelemente vorzugsweise mittelbar an dem dort vorgesehenen Kontaktblech
des Wärme erzeugenden Elementes an, und zwar vorzugsweise unter Zwischenlage einer
Isolierlage. Danach wird die beim Verspannen des Schichtaufbaus in dem Rahmen an diesen
Stellen punktuell aufgebrachte Anpresskraft über die Blechabdeckung einerseits und
die Abdeckelemente andererseits vergleichmäßigt. Eine solche Vergleichmäßigung ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn zwischen dem Kontaktblech und der Blechabdeckung
bzw. dem Abdeckelement eine Isolierschicht vorgesehen ist, so dass die Wellrippenelemente
potentialfrei in der elektrischen Heizvorrichtung vorgesehen und gerade nicht unmittelbar
elektrisch mit den elektrischen Leiterbahnen zu den PTC-Elementen verbunden sind.
[0018] Mit Blick auf eine möglichst gute Skalierung der elektrischen Heizvorrichtung, die
einen modularen Aufbau und damit eine wirtschaftliche Herstellung von elektrischen
Heizvorrichtungen mit unterschiedlichen Heizleistungen ermöglicht, wird mit der vorliegenden
Erfindung ein Rahmen für eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch
9 vorgeschlagen. Dieser Rahmen und dessen Weiterbildungen bilden auch die elektrische
Heizvorrichtung als solches weiter.
[0019] Der Rahmen hat zwei die Öffnungen ausbildende Rahmenelemente und wenigstens ein dazwischen
angeordnetes Rahmenzwischenelement. Diese Elemente des Rahmens, d. h. die Rahmenelemente
und das wenigstens eine Rahmenzwischenelement sind über ineinander greifende Rastnasen
miteinander verbindbar, so dass beispielsweise das Rahmenzwischenelement zur Vormontage
einem der Rahmenelemente durch Verrasten fest zugeordnet werden und der Rahmen insgesamt
durch Verrasten geschlossen werden kann. Die Rastelemente sind aber auch so ausgebildet,
dass der Rahmen allein durch die Rahmenelemente ausgebildet und geschlossen werden
kann. In ein solches Baukastensystem können selbstverständlich mehrere Rahmenzwischenelemente
eingefügt sein, die jeweils identisch ausgebildet sind und die sich jeweils mit den
beiden Rahmenelementen durch Verrasten verbinden lassen. Der erfindungsgemäße Rahmen
ist weiterhin so ausgebildet, dass allein durch die Rahmenelemente ein Rahmen gebildet
werden kann, der in Durchtrittsöffnung des zu erwärmenden Mediums einen Aufnahmeraum
für den Schichtaufbau bildet, in den dieser aufgenommen werden kann, sofern der Schichtaufbau
in allgemein bekannter Weise lediglich eine Ebene von Wellrippen und Wärme erzeugenden
Elementen hat. Ein solcher Schichtaufbau liegt dabei in dem besagten Aufnahmeraum
im Wesentlichen in Durchtrittsrichtung eingepasst, wodurch sich in dieser Richtung
ein kompakter Aufbau ergibt. Der erfindungsgemäße Rahmen ist weiterhin so ausgestaltet,
dass bei einem aus dem Rahmenzwischenelement gebildeten Rahmen ein sich in Durchtrittsrichtung
des zu erwärmenden Mediums erstreckender Aufnahmeraum ausgebildet wird, der in der
Regel zur exakten Aufnahme eines Schichtaufbaus mit mehreren Ebenen von Wellrippen
und Wärme erzeugenden Elementen angepasst ausgebildet ist. Auch ein solcher, aus mehreren
in einer Lage in Durchtrittsrichtung hintereinander angeordneten Wellrippenelementen
ausgeformter Schichtaufbau ist dementsprechend in Durchtrittsrichtung im Grunde in
diesem so gebildeten Rahmen eingepasst. Beide Rahmengestaltungen erlauben dementsprechend
eine kompakte und Platz sparende Aufnahme des jeweiligen Schichtaufbaus. Die Rahmenelemente
können jeweils identisch verwendet werden, unabhängig davon, wie viele Wellrippenelemente
einer Lage in verschiedenen Ebenen hintereinander angeordnet sind. Dieses Breiterwerden
des Schichtaufbaus wird lediglich durch die Rahmenzwischenelemente abgedeckt. Dabei
verbreitert ein einziges Rahmenzwischenelement üblicherweise den Aufnahmeraum genau
um denjenigen Breitenbetrag, den ein in einer weiteren Ebene angeordnetes Wellrippenelement
beiträgt.
[0020] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind die Rahmenelemente jeweils identisch ausgebildet,
d. h. können in einer einzigen Spritzgießform hergestellt und durch Verdrehen relativ
zueinander um 180° gefügt werden. Sollten mehrere Rahmenzwischenelemente den Rahmen
ausformen, sind diese ebenfalls vorzugsweise identisch ausgebildet. Die Außenseite
der Rahmenelemente und des Rahmenzwischenelementes weisen vorzugsweise einen Haltelementteil
auf. Dieser Haltelementteil überragt die Außenseite und ist derart ausgeformt, dass
an einem allein aus den Rahmenelementen gebildeten Rahmen und an einem aus den Rahmenelementen
und dem Rahmenzwischenelement gebildeten Rahmen durch zusammenwirkende Halteelementteile
ein Halteelement ausgebildet ist. Der Halteelementteil bildet dementsprechend lediglich
üblicherweise die Hälfte eines vollständigen Halteelementes aus. Der Halteelementteil
kann insbesondere hakenförmig ausgebildet sein und zwar derart, dass nach dem Fügen
der den Rahmen bildenden Elemente durch miteinander zusammenwirkende Halteelementteile
eine Bohrung umschlossen wird, in welche eine Befestigungsschraube einbringbar ist,
um beispielsweise stirnseitig an dem Rahmen einen Befestigungsflansch und/oder ein
Gehäuse einer Steuervorrichtung zu der elektrischen Heizvorrichtung zu befestigen.
[0021] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.
Dabei zeigt die Zeichnung sowohl den grundsätzlichen Aufbau einer elektrischen Heizvorrichtung,
in welche ein Wärme abgebendes Element, das für sich allein erfindungswesentlich sein
kann, eingebaut ist. In der Zeichnung zeigen:
- Figur 1
- eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung
für ein Kraftfahrzeug;
- Figur 2
- eine perspektivische Seitenansicht in Explosionsdarstellung eines Wärme erzeugenden
Elementes der in Figur 1 gezeigten elektrischen Heizvorrichtung;
- Figur 3
- eine perspektivische Stirnseitenansicht des in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiels;
- Figur 4
- eine perspektivische Seitenansicht des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels in
einer Explosionsdarstellung der wesentlichen Bestandteile des Ausführungsbeispiels;
- Figur 5
- einen Fügebereich zwischen einem Anschlussgehäuse und einem Schichtaufbau des in den
Figuren 1 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung
unter Weglassung verschiedener Elemente;
- Figur 6
- eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie VI-VI gemäß Figur 7, d.h. eine Schnittansicht
durch ein Wärme erzeugendes Element nach Figur 2 auf mittlerer Höhe desselben unter
Weglassung des Abschirmgehäuses;
- Figur 7
- eine perspektivische Stirnseitenansicht des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels
einer elektrischen Heizvorrichtung, welche Einblick in das Anschlussgehäuse gibt und
bei dem die Leiterplatte sowie der Gehäusedeckel fehlen;
- Figur 8
- das in Figur 7 gezeichnete Detail VIII in vergrößerter Darstellung;
- Figur 9
- eine Querschnittansicht des Anschlussgehäuses der elektrischen Heizvorrichtung nach
Figur 1 auf Höhe eine Kühlkörpers;
- Figur 10
- eine perspektivische Seitenansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel eines Heizstabes,
welcher in der elektrischen Heizvorrichtung nach Figur 1 eingebaut sein kann;
- Figur 11
- eine Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI gemäß der Darstellung in Figur 10;
- Figur 12
- eine Seitenansicht des in Figur 10 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Heizstabes;
- Figur 13
- eine perspektivische Seitenansicht gemäß Figur 13 auf ein alternatives Ausführungsbeispiel
eines Heizstabes;
- Figur 14
- eine Querschnittsansicht entlang der Linie XIV-XIV gemäß der Darstellung in Figur
13;
- Figur 15
- eine Seitenansicht des in Figur 13 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiels eines Heizstabes;
- Figur 16
- eine perspektivische Explosionsdarstellung eines zur Aufnahme von Heizstäben nach
den Figuren 13 bis 15 geeigneten Rahmens;
- Figur 17
- eine Schichten des geschichteten Aufbaus teilweise weglassende perspektivische Draufsicht
auf den randseitigen Bereich eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Heizvorrichtung und
- Figur 18
- eine teilweise weggeschnittene perspektivische Seitenansicht des in Figur 17 gezeigten
Ausführungsbeispiels.
[0022] Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung mit
einem mit Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Leistungsteil und einem mit Bezugszeichen
4 gekennzeichneten Steuerteil. Der Leistungsteil 2 und der Steuerteil 4 bilden eine
bauliche Einheit der elektrischen Heizvorrichtung.
[0023] Der Steuerteil 4 wird außenseitig von einem Anschlussgehäuse 6 gebildet, welches
- wie insbesondere die Darstellung gemäß Figur 4 verdeutlicht - aus einem Abschirmgehäuse
8, welches als beispielsweise tiefgezogene oder gegossene bzw. tiefgezogene Metallschale
ausgeformt ist, ein Kunststoffgehäuseelement 10, welches in die Metallschale 8 eingesetzt
ist, und einem Gehäusedeckel 12 besteht. Der Gehäusedeckel 12 kann im gefügten Zustand
einen freien Flansch der Blechwanne 8 übergreifen und aus Metall gebildet sein, so
dass das Innere des Steuerteils 4 vollständig durch ein metallisches Anschlussgehäuse
6 abgeschirmt ist. Der Gehäusedeckel 12 kann aber auch aus Kunststoff ausgebildet
sein.
[0024] Der Gehäusedeckel 12 trägt ein weibliches Steckergehäuse 14 für den Leistungsstrom
und ein weiteres weibliches und als Steuersteckergehäuse 16 ausgeformtes Gehäuseelement.
Beide Steckergehäuse 14, 16 sind als Kunststoffelemente mit dem metallischen Gehäusedeckel
12 verbunden und bilden Führungs- und Gleitflächen für jeweils ein nicht dargestelltes
männliches Steckerelement aus.
[0025] Das Kunststoffgehäuseelement 10 nimmt eine Leiterplatte 18 in sich auf, die teilweise
von einem Druckelement 20 überdeckt ist, welches nachfolgend noch näher erläutert
wird. Die Leiterplatte 18 wird überragt von einem Plusanschlusssteckkontakt 22 und
einem Minusanschlusssteckkontakt, die in dem Leistungssteckergehäuse freiliegen und
mit der Leiterbahn elektrisch verbunden sind. Die Leiterplatte 18 trägt des Weiteren
ein Steuerelementkontakte enthaltendes Steuerkontaktelement 26, welches über das Steuersteckergehäuse
16 mittels Leitungen erreichbar ist. Wie aus Figur 4 ersichtlich, ist das Steuersteckergehäuse
16 versetzt zu dem Steuerkontaktelement 26 angeordnet. Dieser Abstand ist begründet
durch die Einbausituation der elektrischen Heizvorrichtung in dem Kraftfahrzeug. Die
elektrische Kontaktierung zwischen dem Steuerkontaktelement 26 und dem Steuersteckergehäuse
16, bzw. den dort vorgesehenen Kontaktelementen erfolgt über elektrische Leitungen,
die innenseitig in dem Gehäusedeckel 12 verlegt sind. Der Gehäusedeckel wird des Weiteren
im montierten Zustand überragt von einem Anschlussbolzen 28 für den Masseanschluss,
der elektrisch mit dem Abschirmgehäuse 8 verbunden ist.
[0026] Auf der der Leiterplatte 18 gegenüberliegenden Endseite bildet das Kunststoffgehäuseelement
10 zwei Kühlkanäle 30 für Kühlkörper 32 aus, die in Figur 4 gerade noch angedeutet,
indes in den Figuren 1 und 5 deutlicher zu erkennen sind. Das freie Ende der Kühlkörper
32 umfasst mehrere, sich im Wesentlichen parallel zueinander erstreckende Kühlstege,
die jeweils Luftdurchtrittskanäle 34 definieren. Die Kühlkörper 32 sind aus einem
gut wärmeleitfähigen Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer.
[0027] Die in Figur 5 nicht dargestellte, weggelassene Blechwanne hat - wie insbesondere
die Figuren 1 und 4 verdeutlichen, korrespondierend zu den Kühlkanälen 30 einander
gegenüberliegende Durchtrittsöffnungen 36 für Luft, die als Eintritts- und Austrittsöffnungen
zu den Kühlkanälen 30 vorgesehen sind. Diese Durchtrittsöffnungen 36 sind in der Metallschale
8 herausgebildet. In etwa auf mittiger Höhe in Längsrichtung hat die Metallschale
8 Verriegelungsöffnungen 38, die nach der Endmontage des Steuerteils 4 an dem Leistungsteil
2 von Rastnasen 40 durchragt sind, welche mit dem Leistungsteil 2 formschlüssig im
Eingriff und an dem äußeren Rand des Kunststoffgehäuseelementes 10 angeformt sind.
Die Metallschale 8 weist ferner an gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils Befestigungsbohrungen
42 auf, auf die nachfolgend noch näher eingegangen werden wird.
[0028] Der Leistungsteil 2 hat einen Rahmen 44, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur
1 umfänglich geschlossen ist und einen mit Bezugszeichen 46 gekennzeichneten Schichtaufbau,
der auch als Heizblock bezeichnet wird, umfänglich umgibt. Der Rahmen 44 ist gebildet
aus zwei Rahmenelementen 48, die miteinander über Rastverbindungen verrastet sind,
die mit Bezugszeichen 50 (männliches Rastelement) und Bezugszeichen 52 (weibliches
Rastelement), insbesondere in Figur 16 gekennzeichnet sind.
[0029] Der Rahmen 44 bildet an gegenüberliegenden Außenseiten 54 jeweils Öffnungen 56 für
den Durchtritt von zu erwärmender Luft des in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Luftheizers
aus. Diese Öffnungen 56 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch Querstreben
58 versteift, die gegenüberliegende Seitenränder des Rahmens 44 miteinander verbinden.
[0030] Der Rahmen 44 definiert in seinem Inneren einen Aufnahmeraum 60, der derart angepasst
ist, dass der Schichtaufbau 46 in dem Rahmen 44 eng eingepasst aufgenommen werden
kann.
[0031] Der Heizblock bzw. Schichtaufbau 46 ist im Wesentlichen aus den in den Figuren 10
und 13 gezeigten Heizstäben 62 gebildet, die übereinander geschichtet in der Aufnahme
60 angeordnet sind. Die Heizstäbe 62 bestehen aus zumindest zwei Wellrippenelementen
64, die zwischen sich ein Wärme erzeugendes Element 66 in sich aufnehmen. Wie die
Figuren 10 und 11 verdeutlichen, bestehen die Wellrippenelemente aus mäandrierend
gebogenen Blechstreifen 68, die einseitig von einer Blechabdeckung 70 abgedeckt und
auch randseitig über einen umbogenen Rand 72 der Blechabdeckung 70 gefasst sind. Die
jeweils andere Oberseite der mäandrierend gebogenen Blechstreifen 68 ist frei und
wird von umbogenen freien Enden 74 des Blechsteifens 68 direkt ausgeformt. Bei dem
in den Figuren 10 und 11 gezeigten Heizstab 62 sind in Durchtrittrichtung der zu erwärmenden
Luft, d. h. rechtwinklig zu der von den Außenseiten 54 aufgespannten Fläche des Rahmens
44 zwei Wellrippenelemente 64 jeweils nebeneinander vorgesehen. Diese Anordnung von
in Durchströmungsrichtung hintereinander vorgesehenen Wellrippenelementen 64 bildet
eine Lage aus. Dabei ist in jeder mit Bezugszeichen L gekennzeichneten Lage jeweils
ein Wellrippenelement 64 pro Ebene E vorgesehen. Mit S ist die Strömungsrichtung des
zu erwärmenden Luftstroms in Figur 11 eingezeichnet. Dieser trifft danach zunächst
auf die erste Ebene E1, d. h. die in der ersten Ebene vorgesehenen Wellrippenelemente
64 der ersten Lage L1 und der zweiten Lage L2 und erst danach auf die in der zweiten
Ebene E2 vorgesehenen Wellrippenelemente 64. Die Wellrippenelemente 64 sind dabei
in Strömungsrichtung S, d.h. rechtwinklig zu der die Öffnung 56 definierenden Außenseite
54 streng hintereinander angeordnet. Dabei bildet das Wärme erzeugende Element 66
eine ebene Anlagefläche für die Wellrippenelemente 64.
[0032] Wie insbesondere Figur 2 verdeutlicht, besteht das Wärme erzeugende Element 66 aus
mehreren übereinanderliegenden Schichten. Das Wärme erzeugende Element 66 ist im Wesentlichen
symmetrisch aufgebaut, wobei in der Mitte ein mit Bezugszeichen 76 gekennzeichneter
Positionsrahmen aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff
vorgesehen ist. Der Positionsrahmen 76 bildet vorliegend drei Aufnahmen 78 für PTC-Elemente
80 aus. In einer Aufnahme 78 sind mehrere, zumindest zwei PTC-Elemente 80 aufgenommen.
Die beiden äußeren Aufnahmen 78 nehmen jeweils vier PTC-Elemente 80 auf. An gegenüberliegenden
Seiten der PTC-Elemente 80 liegen Kontaktbleche 82 an. Diese beiden Kontaktbleche
82 sind identisch ausgebildet und aus gestanztem elektrisch leitendem Blech ausgeformt.
Die Kontaktbleche 82 sind als separate Elemente auf die PTC-Elemente 80 aufgelegt.
Diese können zusätzlich mit einer aufgedampften Elektrodenschicht versehen sein, wie
dies allgemein üblich ist. Die Elektrodenschicht ist indes nicht Kontaktblech 82 im
Sinne der Erfindung.
[0033] Wie insbesondere Figur 11 verdeutlicht, liegt das einer Ebene E1 zugeordnete PTC-Element
80 innerhalb der Vorder- und Rückseiten der zugeordneten Wellrippenelemente 64. Mit
anderen Worten befindet sich zwischen zwei in einer Lage L1 vorgesehenen Wellrippenelementen
64 kein PTC-Element 80. Dadurch wird eine thermische Wechselwirkung zwischen den PTC-Elementen
unterschiedlicher Ebenen E1, E2 vermieden.
[0034] Die Kontaktbleche 82 sind so dimensioniert, dass diese zwar innerhalb des Positionsrahmens
76 aufgenommen, jedoch umfänglich mit Abstand zu dem Positionsrahmen 78 angeordnet
sind. Der insofern gebildete Umfangsspalt ist in Figur 11 mit Bezugszeichen 84 gekennzeichnet.
In etwa auf Höhe der Kontaktbleche 82 bildet der Positionsrahmen 76 eine umlaufende
Dichtnut 86 aus, in welche ein elastomerer Kleberand 88 als Ringwulst eingefüllt ist.
Dieser Kleberand 88 umgibt sämtliche Aufnahmen 78 voll umfänglich und dient der Verklebung
einer mit Bezugszeichen 90 gekennzeichneten lsolierlage, die vorliegend aus einer
isolierenden Kunststofffolie gebildet ist und welche bis zu einem Randbereich des
Positionsrahmen 76 reicht, jedenfalls in Umfangsrichtung jeweils den Kleberand 88
mit Übermaß überragt. Durch die Verbindung der Isolierlage 90 mit dem Positionsrahmen
76 vermittelt durch den Kleberand 88 ist die Aufnahme 78 sowie die Kontaktbleche 82
hermetisch gegenüber dem Außenumfang versiegelt.
[0035] Zugang zu dem Inneren des Positionsrahmen 76 geben allein an einer Stirnseite des
Positionsrahmens 76 und durch dessen Material einteilig daran ausgebildete Anschlussstutzen
92, die einen Kanal 94 zu Aufnahme von stiftförmigen Kontaktelementen 96 voll umfänglich
umgeben. An ihrem freien Ende tragen die Anschlussstutzen 92 aus einem thermoplastischen
Elastomer oder PTFE gebildete Dichtelemente 98 mit labyrinthartiger Dichtstruktur,
die durch Umspritzen oder Aufstecken mit dem zugehörigen Anschlussstutzen 92 verbunden
sein können. An der Stirnseite jedes Positionsrahmens 76 sind zwei Anschlussstutzen
92 mit identischer Ausgestaltung und Abdichtung vorgesehen zur Aufnahme von zwei Kontaktstiften
96 zur elektrischen Kontaktierung der Kontaktbleche 82.
[0036] Wie weiterhin Figur 2 zu entnehmen ist, haben die Kontaktbleche 82 dazu mittels Stanzen
und Biegen hergestellte weibliche Clipselementaufnahmen 100, die an seitlich versetzten
Vorsprüngen 102 des Kontaktblechs 82 ausgeformt sind, welche Vorsprünge 102 innerhalb
der durch den Kleberand 88 gegebenen Umrandung enden und jeweils zugeordnete und durch
den Positionsrahmen 76 ausgeformte Clipsöffnungen 104, 106 überdecken. In den den
Anschlussstutzen 92 gegenüberliegend an dem Positionsrahmen 76 ausgeformten Clipsöffnungen
106 sind durch das Material des Positionsrahmens 76 einteilig daran ausgeformte Clipsstege
108 vorgesehen. Die Ausgestaltung und der Durchmesser dieser Clipsstege 108 entsprechen
dem Durchmesser eines Kontaktstiftes 96. Die Kontaktstifte 96 liegen in den Clipsöffnungen
104 frei und sind mit den weiblichen Clipselementaufnahmen 100 der Kontaktbleche 82
verbunden, wohingegen an der gegenüberliegenden Seite die weiblichen Clipselementaufnahmen
100 in die Clipsöffnungen 106 hineinragen und mit den Clipsstegen 108 verrastet sind.
An der die Anschlussstutzen 92 aufweisenden Anschlussseite des Wärme erzeugenden Elementes
66 können die beschriebenen Clipsverbindungen entweder durch Positionieren der Kontaktbleche
82 in ihrer Einbaulage und nachfolgendes Einschieben der Kontaktstifte 96 durch die
Kanäle 94 oder durch Verrasten der weiblichen Clipselementaufnahmen 100 mit den bereits
in Position befindlichen Kontaktstiften 96 verwirklicht werden.
[0037] Auf seiner in Figur 2 gezeigten Oberseite ist das Wärme erzeugende Element 66 mit
einer Blechabdeckung 110 versehen. Diese Blechabdeckung 110 überdeckt die gesamte,
der Blechabdeckung 110 zugeordnete Isolierlage 90 und hat einen umlaufenden Rand 112,
der an einer umlaufenden Randfläche 114 des Positionsrahmens 76 kraftschlüssig anliegt
und dementsprechend die Blechabdeckung 110 durch Vorspannkraft an dem Positionsrahmen
76 sichert (vgl. auch Fig. 11). Des Weiteren ist durch den Rand 112 eine genaue Positionierung
der Blechabdeckung 110 relativ zu dem Außenumfang des Positionsrahmens gewährleistet.
Die Blechabdeckung 110 hat an dem freien Ende des Randes 112 eine leichte konische
Verbreiterung, die als trichterförmige Einbringöffnung für den Positionsrahmen wirkt.
Der umlaufende Rand 112 ist lediglich in den Eckbereichen und auf Höhe der Anschlussstutzen
92 durchbrochen und bildet eine einseitige Abschirmung für das Wärme erzeugende Element
66.
[0038] Wie Figur 3 verdeutlicht, sind die passend zu den Kontaktstiften 96 ausgebildeten
Kanäle 94 radial zur Ausbildung eines nutförmigen Prüfkanals 116 verbreitert. Dieser
Prüfkanal 116 erstreckt sich von der vorderen freien Stirnseite der Anschlussstutzen
92 bis zu der zugeordneten Clipsöffnung 104 und bildet dementsprechend einen äußeren
Zugang zu den Aufnahmen 78, die unterhalb der Isolierlage 90 bzw. den Kontaktblechen
82 miteinander kommunizieren.
[0039] Wie Figur 3 des Weiteren verdeutlicht, bildet die Blechabdeckung 110 zwischen den
leicht nach oben umbogenen Ansatzbereichen 118 für den umlaufenden Rand 112 eine ebene
Anlagefläche aus. Diese Ansatzbereiche 118 bilden dementsprechend eine Art Zentrierung
für die an der Blechabdeckung 110 anliegenden Wellrippenelemente 64 (vgl. auch Figur
11).
[0040] Der zuvor beschriebene Schichtaufbau 46 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
unter Federvorspannung in dem Rahmen 44 gehalten. Hierzu weist der Rahmen 44 durch
die beiden Rahmenelemente 48 ausgebildete Federeinbringöffnungen 120 aus, die in den
Figuren 4 und 5 zu erkennen sind und bei noch nicht montiertem Zuheizer an der steuerseitigen
Stirnseite des Leistungsteils 2 freiliegen. In diese Federeinbringöffnungen 120 sind
verspannbare Federelemente 121 eingebracht, die in der auf die Anmelderin zurückgehenden
EP 2 298 582 beschrieben sind und ihren Offenbarungsgehalt durch diesen Verweis in die Offenbarung
der vorliegenden Anmeldung aufgenommen wird. Unmittelbar benachbart zu diesen Federeinbringöffnungen
120 bildet jedes der Rahmenelemente 48 jeweils ein Halteelementteil 122 aus. Jeder
durch ein Rahmenelement 48 gebildete Halteelementteil 122 ist mit einer schrägen Rampenfläche
124 versehen. Die Halteelementteile 122 sind so ausgebildet, dass bei gefügtem Rahmen
44 zwei einem Rahmenelement 48 jeweils zugeordnete Halteelementteile 122 an gegenüberliegenden
Endseiten mit den Rahmenelementteilen 122 des anderen Rahmenelementes 48 vollständige
Halteelemente 126 ausformen. Diese Halteelemente 126 haben eine zum freien Ende hin
zulaufende Ausgestaltung, so dass die schrägen Rampenflächen 24 zur groben Positionierung
des Steuerteils 4, namentlich einer Positionieröffnung 127 des Kunststoffgehäuseelementes
10 relativ zu dem Leistungsteil 2 dienen (vgl. Fig. 5). Des Weiteren bilden an den
Halteelementteilen 122 quer abgehende Nuten 128 nach dem Fügen der Rahmenelemente
48 eine umfänglich geschlossene Bohrung 130 aus (vgl. Fig. 4). In diese Bohrung 130
ist durch die Befestigungsbohrung 42 der Metallschale 8 eine Befestigungsschraube
einbringbar, um die Positionierung und Fixierung des Leistungsteils 2 an dem Steuerteil
4 zur Verwirklichung einer baulichen Einheit von Leistungsteil 2 und Steuerteil 4
zu bewirken.
[0041] Wie die Figuren 5 und 6 verdeutlichen, bildet das Kunststoffgehäuseelement 10 zu
jedem Wärme erzeugenden Element 66 zwei zylindrische Stutzenaufnahmen 132 aus, welche
derart angepasst sind, dass die Anschlussstutzen 42 zusammen mit den Dichtelementen
98 jeweils in zugeordnete Stutzenaufnahmen 132 dichtend eingebracht werden können.
Wie Figur 6 verdeutlicht, sind die Stutzenaufnahmen 132 endseitig konisch verbreitert
und haben zunächst einen verbreiterten Zylinderabschnitt zur Aufnahme des Dichtelementes
98 und einen sich weiter innen befindlichen Zylinderabschnitt mit kleinerem Durchmesser,
der mit geringem Spiel den vorne konisch zulaufenden Anschlussstutzen 92 hält und
damit die Verformung des Dichtelementes 98 nach der Montage begrenzt.
[0042] Die Kontaktstifte 96 durchsetzen jeweils Kontaktflächenelemente 134, die durch Stanzen
und Biegen aus Blechen geformt sind und innerhalb des Anschlussgehäuses 6 mehrere
Kontaktstifte 96 gleicher Polarität gruppieren, so dass diese einer Heizstufe zugeordnet
sind. Das in Figur 6 untere Kontaktflächenelement ist ein erstes Plus-Kontaktflächenelement
134, wohingegen das obere Kontaktflächenelement ein Minus-Kontaktflächenelement 136
ist. Wie insbesondere Figur 7 verdeutlicht, nimmt das Kunststoffgehäuseelement 10
ein weiteres, zweites Plus-Kontaktflächenelement 138 auf. Das Minus-Kontaktflächenelement
136 und die Plus-Kontaktflächenelemente 134, 138 sind voneinander über einen Trennsteg
140 getrennt. Dieser Trennsteg 140 überragt eine durch das Kunststoffgehäuseelement
ausgeformte Anlageebene für die Kontaktflächenelemente 134, 136, 138. Diese Anlageebene
vorgebende Oberflächen des Kunststoffgehäuseelementes 10 sind in Figur 6 mit Bezugszeichen
142 gekennzeichnet. Durch den Steg 140 wird die Kriechstromstrecke zwischen den Kontaktflächenelementen
134, 138 der Plus-Polarität und dem Kontaktflächenelement 136 der Minus-Polarität
verlängert, so dass Kriechströme zwischen beiden Kontakten nicht zu befürchten sind.
Auch wird die Luftstrecke zwischen den Kontaktflächenelementen 134 und 136 bzw. 138
und 136 verlegt. Die Kontaktflächenelemente 134, 136, 138 haben zwischen den Kontaktstiften
96 sich zu dem Trennsteg 140 öffnende halbkreisförmige Aussparungen 143. In Figur
6 sind jeweils Kontaktzungen 144, 146 zu erkennen, welche die Leiterplatte 18 durchragen
und einteilig durch Stanzen und Biegen an den Kontaktflächenelementen 134 und 136
ausgeformt sind und welche in Kontaktzungenhaltebereichen 148 erhaben relativ zu den
Anlageflächen 142 gehalten sind. Die Figur 8 lässt Details insofern erkennen. Wie
dort verdeutlicht, haben die jeweiligen Kontaktflächenelemente 134, 136 endseitige
Verbindungslaschen 145, die in die Kontaktzungen 144, 146 münden. Wie weiterhin aus
den Figuren 6 und 8 ersichtlich, haben die Kontaktflächenelemente 134, 136, 138 für
die einzelnen Kontaktstifte 96 ausgeformte Kontaktöffnungen, die durch Stanzen und
Biegen hergestellt sind. Dementsprechend legen sich aneinander gegenüberliegende Kontaktvorsprünge
150 unter elastischer Dehnung an den Außenumfang der Kontaktstifte 96 an. Wie weiterhin
aus Figur 8 ersichtlich, bildet das Kunststoffgehäuseelement 10 Verriegelungsvorsprünge
152 aus, die in Verriegelungsöffnungen 154 der Kontaktflächenelemente 134, 136, 138
eingebracht sind, die an gegenüberliegenden Seiten von scharfkantigen Klemmsegmenten
156 des die Kontaktflächenelemente 134, 136, 138 bildenden Blechmaterials begrenzt
sind. Diese Klemmsegmente 156 verkrallen sich dementsprechend an den Verriegelungsvorsprüngen
152 und legen die Kontaktflächenelemente 134, 136, 138 nach dem Aufschieben auf die
Verriegelungsvorsprünge fest.
[0043] Die Figur 8 zeigt ferner die bereits zuvor beschriebenen Kühlkörper 32, die innerhalb
des Kunststoffgehäuseelementes 10 freiliegen und mit einer ebenen Anlagefläche 158
den Trennsteg 140 oberseitig überragen.
[0044] Mittig zwischen den Kühlkörpern 32 und am Rand des Kunststoffgehäuseelementes 10
sind jeweils Befestigungsaugen 160 für das zuvor bereits allgemein eingeführte Druckelement
20 zu erkennen. Wie insbesondere die Figuren 4 und 9 verdeutlichen, ist dieses wabenförmig
mit einer Vielzahl von sich rechtwinklig erstreckenden Wabenstegen 162 ausgebildet.
[0045] Die Schnittansicht gemäß Figur 9 verdeutlicht den Einbau des Kühlkörpers 32 in das
Kunststoffgehäuseelement 10. Dieses hat - wie Figur 8 erkennen lässt - eine Vielzahl
von auf dem Umfang einer erhabenen Kühlkörpereinbringöffnung 164 des Kunststoffgehäuseelementes
10 verteilt vorgesehene Rastpfosten 166, die die Kühlkörpereinbringöffnung 164 randseitig
konisch verengen und Rastschultern 168 ausformen, welche einen an dem Kühlkörper 32
angeformten umlaufenden Raststeg 170 übergreifen und damit formschlüssig gegen Herausdrücken
nach oben und in Richtung auf das Anschlussgehäuse 6 verhindern. Die Kontur der Aussparungen
143 der Kontaktflächenelemente 134, 136, 138 entspricht der Kontur der Kühlkörpereinbringöffnung
164, so dass deren erhabener Rand eng von den Kontaktflächenelementen 134, 136, 138
begrenzt wird. Die beiden Plus-Kontaktflächenelemente 134, 138 sind identisch ausgeformt,
so dass sie wahlweise für die Ausbildung des ersten oder des zweiten Kontaktflächenelementes
134 oder 138 verwendet werden können. Auf der der Rastschulter 168 gegenüberliegenden
Seite des Raststeges 170 befindet sich ein Dichtelement 172, welches den Kühlkörper
32 umfänglich umgibt und auf der dem Raststeg 170 abgewandten Unterseite in Umfangsrichtung
durch in Figur 9 nicht zu erkennende Stege abgestützt ist, so dass das Dichtelement
72 nicht in Richtung auf den Leistungsteil 2 durch eine mit Bezugszeichen 174 gekennzeichnete
Abdichtaufnahme hindurchrutschen kann. Diese Abdichtaufnahme 174 wird einstückig durch
das Kunststoffgehäuseelement 10 ausgeformt und verlängert die Kühlkörpereinbringöffnung
164.
[0046] In Figur 9 ist das Dichtelement in einer nur wenig komprimierten Ausgestaltung gezeigt.
Das Dichtelement 172 ist indes in Längsrichtung der Abdichtaufnahme 174 komprimierbar
derart, dass die Abdichtung zwischen der Innenumfangsfläche der zylindrischen Abdichtaufnahme
174 und der Außenumfangsfläche des Kühlkörpers 32 verloren geht. Das Dichtelement
172 kann dabei durch Wandern des Raststeges 170 in Längserstreckung der Abdichtaufnahme
174 um etwa 2/10 bis 7/10 mm komprimiert werden. Die Ausgleichsbewegung wird aufgebracht
durch Verschrauben des Druckelementes 20 an den Befestigungsaugen 160 nach Montage
der Leiterplatte 18, die auf ihrer dem Kühlkörper 32 zugewandten Unterseite 176 mit
zwei Halbleiter-Leistungsschaltern 178 versehen ist. Jeder Leistungsschalter 178 liegt
auf der ebenen Anlagefläche 158 des zugeordneten Kühlkörpers 32. Auf Höhe des Leistungsschalters
178 hat die Leiterplatte jeweils eine Bohrung 180, welche von Druckstegen 182 des
Druckelementes 20 durchragt ist. Diese Druckstege 182 liegen unmittelbar gegen den
Leistungsschalter 178 an und drücken diesen gegen den Kühlkörper 32. Da der Leistungsschalter
178 herstellungsbedingt erhebliche Dickentoleranzen haben kann, erlaubt das bei dem
Ausführungsbeispiel vorgesehene Dichtelement 172 einen Ausgleich durch Zurückweichen
des Kühlkörpers 32 in Richtung auf den Leistungsteil 2 ohne dass die Abdichtung des
Kühlkörpers 32 in dem Kunststoffgehäuseelement 10 verloren geht. Wie sich aus der
Gesamtschau, insbesondere der Figuren 4 und 9 ergibt, wirkt dabei das Druckelement
20 nach Verschrauben gegen das Kunststoffgehäuseelement 10 auf beide Leistungsschalter
176 und drückt diese jeweils gegen den ihnen zugeordneten Kühlkörper 32. Durch eine
auf die Anlagefläche 158 des Kühlkörpers 32 aufgelegte Isolierschicht 184 ist der
Leistungsschalter 178 indes von dem zugeordneten Kühlkörper 32 elektrisch isoliert.
Bei der Isolierschicht 174 handelt es sich um eine keramische Isolierschicht. Auch
diese Isolierschicht 184 überragt den Kühlkörper 32 zur Vergrößerung der Kriechstrecke
erheblich in Breitenrichtung (vgl. Figur 9).
[0047] Über die Kontaktzungen 144, 146 sind die Kontaktflächenelemente 134, 136 mit der
Leiterplatte 18 kontaktiert. Eine zweite, von dem zweiten Kontaktflächenelement 138
abragende Plus-Kontaktzunge 186 (vgl. Figur 4) verbindet den durch das zweite Plus-Kontaktflächenelement
138 und das Minus-Kontaktflächenelement 136 gebildeten Heizkreis mit der Platine 18
(vgl. Figur 4). Wie des Weiteren Figur 9 erkennen lässt, kontaktiert der Halbleiter-Leistungsschalter
178 mit der Leiterplatte 18 und schaltet den Leistungsstrom auf den zugehörigen Schaltkreis.
Vorliegend sind zwei Heizstufen realisiert, die jeweils über einen der Halbleiter-Leistungsschalter
178 geschaltet und gesteuert werden können.
Abgedichteter Kühlkörper
[0048] Wie bereits zuvor beschrieben, ist auch der Kühlkörper 32 abgedichtet in der Kühlkörpereinbringöffnung
164 gehalten. Dabei zeigt das Ausführungsbeispiel, konkret Figur 9, eine Situation,
bei welcher der Leistungsschalter 178 innerhalb des denkbaren Toleranzbereiches die
geringste Dicke hat. In diesem Fall liegen die Raststege 170 unmittelbar unterhalb
der Rastschultern 168. Eine Berührung findet indes nicht statt, so dass die durch
die wenn auch nur geringfügige Kompression des Dichtelementes 172 bewirkte Kompressionskraft
auf die Phasengrenze zwischen dem Kühlkörper 32 und dem Leistungsschalter 178 wirkt.
Dieser Leistungsschalter 178 ist unabhängig von der Dickentoleranz jeweils an der
Unterseite 176 gegen die Leiterplatte 18 angelegt. Das Druckelement 20 entlastet mit
seinen Druckstegen 82 lediglich die Leiterplatte 18, so dass der Leistungsschalter
178 nicht über die Leiterplatte 18, sondern lediglich zwischen dem Druckelement 20
und dem die Vorspannung bewirkenden Kühlkörper 32 unter Zwischenlage der Isolierschicht
184 geklemmt gehalten ist.
[0049] Dementsprechend ändert sich die Lage des Leistungsschalter 178 und der Leiterplatte
18 sowie des Druckelementes 20 bei einem Leistungsschalter 178 mit größerer Stärke
nicht. Vielmehr wird der Kühlkörper 32 in der Kühlkörpereinbringöffnung 164 in Richtung
auf das Leistungsteil 2 gedrängt, so dass das Dichtelement 172 unter Beibehaltung
der Abdichtung des Kühlkörpers 32 stärker komprimiert und - gegenüber der Darstellung
in Figur 9 - die Raststege 170 in einer weiter abgesenkten Lage, d.h. weiter beabstandet
von den Rastschultern 168 angeordnet sind.
Definierte Anlagestellen für das PTC-Element; Luft- und Kriechstrecke
[0050] Das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung
hat Wärme erzeugende Elemente, die in besonderer Weise ausgebildet sind, um Kriechstrecken
zu verlängern und das Risiko einer Kriechstromübertragung zu vermindern. Diese besondere
Gestaltung wird nachfolgend insbesondere unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 11
verdeutlicht. So hat - wie in Figur 2 zu erkennen - jede durch eine im Grunde ebene
Innenumfangsfläche des Positionsrahmens 76 vorgegebene Aufnahme 78 an sich gegenüberliegenden
Seiten zumindest zwei mit Bezugszeichen 188 gekennzeichneten Vorsprünge definieren
innerhalb der Aufnahme 78 Stützstellen für jeweils ein PTC-Element 80. Durch diese
Stützstellen 188 wird verhindert, dass die PTC-Elemente 80 unmittelbar an der die
Aufnahme 78 vorgebenden glatten Innenwandung des Positionsrahmens 76 anliegen. Somit
wird die Kriechstrecke von gegenüberliegenden Oberflächen der PTC-Elemente 80 vergrößert.
[0051] Wie insbesondere Figur 2 erkennen lässt, sind die Stützstellen 188 im Wesentlichen
pyramidenförmig ausgeformt und haben danach eine spitz zulaufende Ausbildung. Des
Weiteren sind die Oberflächen der Stützstellen 188 - wie die Schnittansicht gemäß
Figur 11 verdeutlicht - konkav gekrümmt. Auch durch die Krümmung der Oberfläche wird
die Kriechstrecke weiter vergrößert. Der bereits zuvor erwähnte und zwischen den Kontaktblechen
82 und dem Positionsrahmen vorgesehene Umfangsspalt 84 trägt ebenfalls zur Vergrößerung
der Kriechstrecken bei.
Besonderer EMV-Schutz des Ausführungsbeispiels
[0052] Des Weiteren sind die Wärme erzeugenden Elemente 66 in besonderer Weise EMVgeschützt.
So wird der Positionsrahmen 176 im Grunde vollumfänglich von einer Abschirmung umgeben,
die einerseits durch die Blechabdeckung 110 des Positionsrahmens 76 und andererseits
durch die Blechabdeckung 70 der Wellrippenelemente 64 gebildet sind. Wie Figur 11
verdeutlicht, verbleibt lediglich ein kleiner randseitiger Spalt zwischen den verschiedenen
Abdeckungen 70, 110. Ansonsten sind die PTC-Elemente 80 vollständig von einer metallischen
Abschirmung umschlossen. Dementsprechend können die Wärme erzeugenden Elemente 66
keine substanzielle elektromagnetische Strahlung abgeben.
[0053] Sämtliche Wellrippenelemente 64 sind des Weiteren über an der Metallschale 8 angeformte
Rastelemente miteinander verbunden, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind, indes
so ausgebildet sein können, wie dies die auf die Anmelderin zurückgehende
EP 2 299 201 A1 beschreibt, deren Offenbarung insofern in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung
aufgenommen wird. Es kommt lediglich darauf an, dass die Metallschale 8 elektrisch
damit verbundene Vorsprünge ausformt, die mit den Wellrippenelemente 64 kontaktieren
derart, dass sämtliche Wellrippenelemente 64 mittelbar oder unmittelbar mit der Metallschale
8 elektrisch verbunden und auf Masse gelegt sind.
Dichtigkeit und Dichtprüfung
[0054] Das zuvor diskutiere Ausführungsbeispiel hat Wärme erzeugende Elemente 66, deren
Aufnahme 78 hermetisch gegenüber der Umgebung abgedichtet ist, so dass Feuchtigkeit
und Verschmutzung nicht zu den PTC-Elementen 80 gelangen kann. Dadurch ist eine hohe
Isolation der PTC-Elemente 80 geschaffen, da eventuelle Ladungsträger die Isolation
der PTC-Elemente 80, die in die Aufnahme 78 beim Stand der Technik gelangen können,
die Isolation beeinträchtigen. Mit der vorliegenden Erfindung sind ferner sämtliche
Wärme erzeugenden Elemente 66 dichtend in das Anschlussgehäuse 6 eingesetzt. Üblicherweise
wird zur Überprüfung der notwendigen Dichtigkeit nach dem Fügen des Leistungsteils
2 an das Kunststoffgehäuseelement 10 an dessen freien, üblicherweise von dem Gehäusedeckel
12 verschlossenen Ende eine Prüfglocke aufgesetzt, die dichtend an den freien Rand
des Kunststoffgehäuseelementes 10 angelegt wird. Über diese Prüfglocke wird der daran
angeschlossene Teil der elektrischen Heizvorrichtung unter erhöhtem hydrostatischen
Druck gesetzt, beispielsweise durch komprimierte Luft. Es wird ein gewisses Druckniveau
gehalten und geprüft, ob dieses durch eventuelle Undichtigkeiten über die Zeit vermindert
wird. Sollte dies nicht der Fall sein, wird das Bauteil als gut gewertet.
Vereinfachte Montage
[0055] Dementsprechend wird bei der Herstellung des gezeigten Ausführungsbeispiels zunächst
das Leistungsteil 2 separat hergestellt. Zunächst werden die Wärme erzeugenden Elemente
66 montiert. Dabei kann die Blechabdeckung 110 die Unterseite und damit jedenfalls
nach dem Aufkleben der der Blechabdeckung 110 zugeordneten Isolierlage 90 den einseitig
offenen Positionsrahmen 76 unterseitig verschließen, so dass von der anderen Seite
die PTC-Elemente 80 eingelegt und danach das zugeordnete Kontaktblech 82 auf diese
aufgelegt werden kann, um schließlich hierauf die Isolierlage 90 aufzulegen und über
den Kleberand 88 gegenüber dem Positionsrahmen 76 abzudichten. In der insbesondere
unter Bezugnahme auf Figur 11 beschriebenen Weise werden die so vorbereiteten Wärme
erzeugenden Elemente 66 in ein Rahmenelement 48 des Rahmens 44 eingelegt, und zwar
jeweils alternierend zu der Anordnung von Wellrippenelementen 64. Wie sich insbesondere
aus Figur 4 ergibt, liegen üblicherweise zwischen zwei Wärme erzeugenden Elementen
66 jeweils zwei Wellrippenelemente 64 an. Mit anderen Worten liegt an jeder Seite
eines Wärme erzeugenden Elementes 66 eine Lage L von Wellrippenelementen an. Der Vergleich
zwischen Figur 4 und Figur 11 verdeutlicht ferner, dass bei dem Ausführungsbeispiel
nach Figur 4 in einer Lage zumindest zwei Wellrippenelemente 64 angeordnet sind.
[0056] Nachdem sämtliche Elemente des Schichtaufbaus 46 in das Rahmenelement 48 eingelegt
worden sind, wird der Rahmen 44 durch Auflegen und Verrasten des anderen Rahmenelementes
48 geschlossen. Danach werden über die Federeinbringöffnungen 120 die jeweiligen Federelemente
121 zwischen den Schichtaufbau 46 und einem äußeren Rand der durch den Rahmen 44 geschaffenen
Aufnahme 60 eingeschoben. Schließlich werden die Federelemente 121 gegeneinander verspannt,
wie dies in der
EP 2 298 582 beschrieben ist. Danach wird das so vorbereitete Leistungsteil 2 mit der Metallschale
8 und dem Kunststoffgehäuseelement 10 gefügt. Die Rampenflächen 124 dienen aufgrund
ihrer spitz zulaufenden Ausgestaltung dabei als Positionier- und Zentrierhilfen, so
dass das Halteelement 126 effektiv in die Positionieröffnung 127 eingebracht werden
kann. Das Halteelement 126 ist dabei üblicherweise relativ zu den Kontaktstiften 96
vorlaufend, so dass erst über die Halteelemente 126 eine Grobpositionierung vorgenommen
wird und danach die Kontaktstifte 96 in die zylindrischen Aufnahmestutzen 132 eingebracht
werden.
Verbesserte Wärmeübertragung
[0057] Die Figuren 12 bis 15 verdeutlichen einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung,
der darin besteht, dass die in einer Lage L in Strömungsrichtung hintereinander vorgesehenen
Wellrippenelemente 64 in einer Richtung quer zu der Durchströmungsrichtung S jedoch
in ihrer entsprechenden Einbauebene innerhalb des Schichtaufbaus 46 versetzt zueinander
vorgesehen sind. Dementsprechend sind in der in Figur 12 gezeigten vergrößerten Seitenansicht
eines Heizstabes 62 die mäandrierend gebogenen Blechstreifen 68 der in einer Lage
L hintereinander vorgesehenen Wellrippenelemente 64 erkennbar. Diese sind mit Bezugszeichen
68.1 und 68.2 gekennzeichnet und damit unterscheidbar. Es ergibt sich, dass die rechtwinklig
zu der Zeichenebene anströmende zu erwärmende Luft nahezu vollständig separate mäandrierend
gebogene Blechstreifen 68.1 und 68.2 anströmt. Insbesondere wird das hintere Blechstreifenelement
nicht von dem vorderen abgeschattet. Es ergibt sich ein guter Wärmeübergang. Darüber
hinaus wird der zu erwärmende Luftstrom S beim Übergang von der ersten Ebene E1 auf
die zweite Ebene E2 umgeschichtet, was mit turbulenter Strömung einhergeht, wodurch
ebenfalls die Wärmeübertragung verbessert wird.
[0058] Die Figuren 13 bis 15 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel entsprechend den Figuren
10 bis 12. Das gezeigte Ausführungsbeispiel eines Heizstabs unterscheidet sich lediglich
dadurch von dem zuvor diskutierten Ausführungsbeispiel, dass in einer Lage L1 bzw.
L2 drei Wellrippenelemente 64 hintereinander angeordnet sind. Auch dort sind jeweils
in einer Ebene E1, E2, E3 angeordnete Wellrippenelemente 64 jeweils streng einem PTC-Element
80 zugeordnet. Wie Figur 15 verdeutlicht, wird die den Heizstab 62 durchströmende
Luft mehrfach umgeschichtet. Das durch die jeweils zueinander versetzt vorgesehenen
mäandrierenden Blechstreifen 68 gebildete Labyrinth aus Blechstreifen 68.1, 68.2 und
68.3 führt zu einer sehr guten Wärmeübertragung und Leistungsausbeute.
Modularer Aufbau des Rahmens
[0059] Figur 16 zeigt die bereits zuvor beschriebenen Rahmenelemente 48 sowie ein Rahmenzwischenelement
190, das mit weiblichen und männlichen Rastelementen 50, 52 entsprechend den Rahmenelementen
48 versehen ist, so dass das Rahmenzwischenelement 190 auf einfach Weise zwischen
den Rahmenelementen 48 verrastet werden kann. Die in dem Rahmen vorgesehene Aufnahme
60 für den Schichtaufbau 46 wird damit um genau diejenige Breite vergrößert, die eine
Ebene von Wellrippenelementen 46 beiträgt. Bei den in den Figuren 10 bis 15 gezeigten
Ausführungsbeispielen von Heizstäben 62 sind die Wärme erzeugenden Elemente 66 jeweils
einheitlich ausgebildet, d.h. ob nun zwei PTC-Elemente 80 in Strömungsrichtung S hintereinander
angeordnet sind oder drei PTC-Elemente 80; die PTC-Elemente 80 sind jeweils innerhalb
eines einheitlichen Positionsrahmens 76 aufgenommen. Die Wellrippenelemente 64 sind
indes identisch. Für die mit drei nebeneinander angeordneten Wellrippenelementen 64
versehenen Heizstäbe 62 und die mit zwei Wellrippenelementen 64 versehenen Heizstäbe
62 kann jeweils ein identisches Kunststoffgehäuseelement 10 verwendet werden. Denn
auch das Rahmenzwischenelement 190 hat Halteelementteile 122, die mit den Halteelementteilen
122 eines der Rahmenelemente 48 zusammenwirken, um ein vollständiges Halteelement
126 auszubilden, über welches auch der verbreiterte Rahmen 44 nach Figur 16 mit dem
Kunststoffgehäuseelement 10 verbindbar ist. Sollten beispielsweise vier Wellrippenelemente
64 in Strömungsrichtung hintereinander einen Heizstab ausbilden, so kann ein zweites
Rahmenzwischenelement 190 in den Rahmen 44 eingebaut werden.
[0060] Die Figuren 17 und 18 zeigen ein gegenüber dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet. Bei dem in den Figuren 17 und 18 gezeigten Ausführungsbeispiel ist
insbesondere das zuvor beschriebene Abschirmgehäuseelement 8 abgewandet.
[0061] Statt eines schalenförmigen, das Kunststoffgehäuseelement 10 aufnehmenden Gehäuseelementes
ist ein Abschirmkontaktblech 192 vorgesehen, welches formschlüssig an äußeren Anlageflächen
des Kunststoffgehäuseelementes 10 anliegt. Dieses bildet darüber hinaus Ausbuchtungen
194 aus, in welchen Abschirmkontaktzungen 196 des Abschirmkontaktbleches 192 aufgenommen
sind. Die Abschirmkontaktzungen 196 sind jeweils auf Höhe eines Wärme erzeugenden
Elementes 66 vorgesehen und kontaktieren den Rand 112 dieses Elementes 66. Ferner
bildet das Abschirmkontaktblech 192 durch Stanzen und Biegen ausgeformte Federstege
198 aus, die an der Stirnseite jeweils eines der Kühlkörper 32 anliegen und mit diesem
kontaktieren. Wie insbesondere Figur 18 zu entnehmen ist, umgibt das Abschirmkontaktblech
192 eng die zylindrische Stutzenaufnahme 132, die durch das Kunststoffgehäuseelement
10 gebildet wird.
[0062] Wie des Weiteren insbesondere aus Figur 18 zu entnehmen ist, weist das in den Figuren
17 und 18 verdeutlichte Ausführungsbeispiel einen auf Masse liegenden Anschlussbolzen
200 auf. Dieser Anschlussbolzen 200 ist beispielsweise durch Umspritzen in dem Kunststoffgehäuseelement
10 gehalten. Das mit dem Kunststoffgehäuseelement 10 verclipste Abschirmkontaktblech
192 bildet eine durch Stanzen und Biegen ausgeformte Bolzenaufnahme 202 aus, die unter
elastischer Umfangsspannung an dem Anschlussbolzen 200 elektrisch leitend anliegt.
[0063] Es ergibt sich eine vollständige Abschirmung sämtlicher, an der Stromführung beteiligter
Elemente des Ausführungsbeispiels. Des Weiteren sind die Kühlkörper 32 über das Abschirmkontaktblech
192 auf Masse gelegt, so dass die zuverlässige elektrische Isolierung zwischen dem
Leistungsschalter 178 und dem Kühlkörper 32 durch Überwachen des Massepotentials abgegriffen
an dem Anschlussbolzen 200 überprüft werden kann. Ein etwaiger Defekt in der elektrischen
Isolierung kann detektiert und ausgegeben werden, um zu verhindern, dass bei Wartungsarbeiten
an der elektrischen Heizvorrichtung bei unzureichender elektrischer Isolierung das
Wartungspotential einen Stromschlag erleidet.
Bezugszeichenliste
[0064]
- 2
- Leistungsteil
- 4
- Steuerteil
- 6
- Anschlussgehäuse
- 8
- Abschirmgehäuse/Metallschale
- 10
- Kunststoffgehäuseelement
- 12
- Gehäusedeckel
- 14
- weibliches Leistungssteckergehäuse
- 16
- weibliches Steuersteckergehäuse
- 18
- Leiterplatte
- 20
- Druckelement
- 22
- Plusanschlusssteckkontakt
- 24
- Minusanschlusssteckkontakt
- 26
- Steuerkontaktelement
- 28
- Anschlussbolzen/Masse
- 30
- Kühlkanal
- 32
- Kühlkörper
- 34
- Luftdurchtrittskanal
- 36
- Durchtrittsöffnung
- 38
- Verriegelungsöffnung
- 40
- Rastnase
- 42
- Befestigungsbohrung
- 44
- Rahmen
- 46
- Schichtaufbau/Heizblock
- 48
- Rahmenelement
- 50
- männliches Rastelement
- 52
- weibliches Rastelement
- 54
- Außenseite des Rahmens
- 56
- Öffnung
- 58
- Querstrebe
- 60
- Aufnahmeraum
- 62
- Heizstab
- 64
- Wellrippenelement
- 66
- Wärme erzeugendes Element
- 68
- mäandrierend gebogener Blechstreifen
- 70
- Blechabdeckung
- 72
- Rand
- 74
- freies Ende des Wellrippenelementes des gebogenen Blechstreifens
- 76
- Positionsrahmen
- 78
- Aufnahme
- 80
- PTC-Element
- 82
- Kontaktblech
- 84
- Umfangsspalt
- 86
- Dichtnut
- 88
- Kleberand
- 90
- Isolierlage
- 92
- Anschlussstutzen
- 94
- Kanal
- 96
- Kontaktstift
- 98
- Dichtelement
- 100
- weibliche Clipselementaufnahme
- 102
- versetzter Vorsprung
- 104
- Clipsöffnung
- 106
- Clipsöffnung
- 108
- Clipssteg
- 110
- Blechabdeckung
- 112
- Rand
- 114
- Randfläche
- 116
- Prüfkanal
- 118
- Ansatzbereich für den Rand 112
- 120
- Federeinbringöffnung
- 121
- Federelement
- 122
- Halteelementteil
- 124
- Rampenfläche
- 126
- Halteelement
- 127
- Positionieröffnung
- 128
- Nut
- 130
- Bohrung
- 132
- zylindrische Stutzenaufnahme
- 134
- erstes Plus-Kontaktflächenelement
- 136
- Minus-Kontaktflächenelement
- 138
- zweites Plus-Kontaktflächenelement
- 140
- Trennsteg
- 142
- Anlageflächen der Anlageebene
- 143
- Aussparung
- 144
- erste Plus-Kontaktzunge
- 145
- Verbindungslaschen
- 146
- Minus-Kontaktzunge
- 148
- Kontaktzungenhaltebereiche
- 150
- Kontaktvorsprung
- 152
- Verriegelungsvorsprung
- 154
- Verriegelungsöffnung
- 156
- Klemmsegment
- 158
- Anlagefläche
- 160
- Befestigungsauge
- 162
- Wabenstege
- 164
- Kühlkörpereinbringöffnung
- 166
- Rastpfosten
- 168
- Rastschulter
- 170
- Raststeg
- 172
- Dichtelement
- 174
- Abdichtaufnahme
- 176
- Unterseite
- 178
- Leistungsschalter
- 180
- Bohrung
- 182
- Drucksteg
- 184
- Isolierschicht
- 186
- zweite Plus-Kontaktzunge
- 188
- Vorsprünge/Stützstellen
- 190
- Rahmenzwischenelement
- 192
- Abschirmkontaktblech
- 194
- Ausbuchtung
- 196
- Abschirmkontaktzunge
- 198
- Federsteg
- 200
- Anschlussbolzen
- 202
- Bolzenaufnahme
- L
- Lage
- E
- Ebene
- S
- Strömungsrichtung
1. Elektrische Heizvorrichtung mit einem Rahmen (44), der an gegenüberliegenden Seiten
Öffnungen (56) für den Durchtritt eines zu erwärmenden Mediums ausbildet, und einem
in dem Rahmen (44) angeordneten Schichtaufbau (46), der Lagen (L) von Wellrippen und
Wärme erzeugenden Elementen (64; 66) umfasst, wobei das Wärme erzeugende Element (66)
wenigstens ein zwischen parallelen Kontaktblechen (82) angeordnetes PTC-Elemente (80)
hat,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden Mediums wenigstens zwei Wellrippenelemente
(64) hintereinander angeordnet sind, deren Wellrippen quer zu der Durchtrittsrichtung
des zu erwärmenden Mediums versetzt angeordnet sind.
2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Durchtrittsrichtung des zu erwärmenden Mediums hintereinander angeordneten
Wellrippen in der gleichen Lage (L) des Schichtaufbaus (46) angeordnet sind.
3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den in Durchtrittsrichtung hintereinander angeordneten Wellrippenelementen (64),
die jeweils innerhalb des Schichtaufbaus (46) in Durchtrittsrichtung hintereinander
liegende Ebenen (E) definieren, jeweils in einer einheitlichen Lage (L) vorgesehene
PTC-Elemente (80) zugeordnet sind, die jeweils innerhalb der von den Wellrippenelementen
(64) vorgegebenen Ebenen (E) angeordnet sind.
4. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PTC-Elemente (80) in einem einheitlichen, sich über mehrere Ebenen (E) erstreckenden
Wärme erzeugenden Element (66) angeordnet sind.
5. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Wellrippenelemente (64) und/oder sämtliche Wärme erzeugenden Elemente (66)
identisch ausgebildet sind.
6. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen zwei die Öffnungen (56) ausbildende Rahmenelemente (48) und wenigstens
ein dazwischen angeordnetes Rahmenzwischenelement (190) umfasst, die jeweils über
ineinandergreifende Rastelemente (50, 52) miteinander verbindbar sind und dass die
den Rahmen (44) ausbildenden Elemente so ausgebildet sind, dass ein allein durch die
Rahmenelemente (48) gebildeter Rahmen (44) ein sich in Durchtrittsrichtung des zu
erwärmenden Mediums erstreckenden Aufnahmeraum (60) ausbildet, der zur Aufnahme eines
Schichtaufbaus (46) mit einer Ebene von Wellrippen und Wärme erzeugenden Elementen
(64, 66) angepasst ausgebildet ist und dass ein durch die Rahmenelemente (48) und
das Rahmenzwischenelement (190) gebildeter Rahmen (44) einen sich in Durchtrittsrichtung
des zu erwärmenden Mediums erstreckenden Aufnahmeraum (60) ausbildet, der zur Aufnahme
eines Schichtaufbaus (46) mit mehreren Ebenen (E) von Wellrippen und Wärme erzeugenden
Elementen (64, 66) angepasst ausgebildet ist.
7. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (48) identisch ausgebildet sind.
8. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (48) und das Rahmenzwischenelement (190) an ihrer Außenseite von
zumindest einem Halteelementteil (122) überragt sind, das derart ausgeformt ist, dass
an einem allein aus den Rahmenelementen (48) gebildeten Rahmen (44) und an einem aus
den Rahmenelementen (48) und dem Rahmenzwischenelement gebildeten Rahmen (44) durch
zusammenwirkende Halteelementteile (122) ein Halteelement (126) gebildet ist.
9. Rahmen für eine elektrische Heizvorrichtung, der an gegenüberliegenden Seiten Öffnungen
(56) für den Durchtritt eines zu erwärmenden Mediums ausbildet, und ein zur Aufnahme
eines Schichtaufbaus (46) der Lagen von Wellrippenelementen (64) und wenigstens einem
an diesen anliegendem, Wärme erzeugenden Element (66) umfassend wenigstens ein zwischen
parallelen Kontaktblechen (82) angeordnete PTC-Elemente hat (80),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Rahmen (44) zwei die Öffnungen (56) ausbildende Rahmenelemente (48) und wenigstens
ein dazwischen angeordnetes Rahmenzwischenelement (190) umfasst, die jeweils über
ineinandergreifende Rastelemente (50, 52) miteinander verbindbar sind und dass die
den Rahmen (44) ausbildenden Elemente so ausgebildet sind, dass ein allein durch die
Rahmenelemente (48) gebildeter Rahmen (44) ein sich in Durchtrittsrichtung des zu
erwärmenden Mediums erstreckenden Aufnahmeraum (60) ausbildet, der zur Aufnahme eines
Schichtaufbaus (46) mit einer Ebene von Wellrippen und Wärme erzeugenden Elementen
(64, 66) angepasst ausgebildet ist und dass ein durch die Rahmenelemente (48) und
das Rahmenzwischenelement (190) gebildeter Rahmen (44) einen sich in Durchtrittsrichtung
des zu erwärmenden Mediums erstreckenden Aufnahmeraum (60) ausbildet, der zur Aufnahme
eines Schichtaufbaus (46) mehreren Ebenen von Wellrippen und Wärme erzeugenden Elementen
(64, 66) angepasst ausgebildet ist.
10. Rahmen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (48) identisch ausgebildet sind.
11. Rahmen nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenelemente (48) und das Rahmenzwischenelement (190) an ihrer Außenseite von
zumindest einem Halteelementteil (122) überragt sind, das derart ausgeformt ist, dass
an einem allein aus den Rahmenelementen (48) gebildeten Rahmen (44) und an einem aus
den Rahmenelementen (48) und dem Rahmenzwischenelement gebildeten Rahmen (44) durch
zusammenwirkende Halteelementteile (122) ein Halteelement (126) gebildet ist.
12. Rahmen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Haltelementteil (122) eine Rampenfläche (124) derart ausbildet, dass das Halteelement
(126) eine zu seinem freien Ende zulaufende Ausgestaltung hat.