[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse,
welches eine Trennwand aufweist, die eine Anschlusskammer von einer Heizkammer zur
Abgabe von Wärme trennt. Von der Trennwand ragt zumindest ein PTC-Element in Richtung
auf die Heizkammer ab. Dieses PTC-Heizelement liegt nach Art einer Heizrippe in der
Heizkammer frei. Das PTC-Heizelement hat zumindest ein PTC-Element und elektrisch
leitend damit verbundene Leiterbahnen, die unterschiedlichen Polaritäten zur Bestromung
des PTC-Elementes zugeordnet sind. Diese Leiterbahnen sind in der Anschlusskammer
elektrisch an den Leistungsstrom angeschlossen.
[0002] Eine derartige Heizvorrichtung ist beispielsweise aus
EP 1 872 986 A1 oder
EP 2 337 425 A1 bekannt. Eine andere ebenfalls gattungsgemäße elektrische Heizvorrichtung ist aus
EP 3 334 242 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird das PTC-Heizelement zunächst als separates
Bauteil hergestellt und als solches in eine Heizelementaufnahme, die an der Trennwand
ausgebildet ist, eingesetzt, so dass das anschlussseitige Ende des Heizelementgehäuses
abgedichtet in der Heizelementaufnahme der Trennwand aufgenommen ist und die Leiterbahnen
mit ihren freien, anschlussseitigen Enden in der Anschlusskammer freiliegen, um dort
elektrisch angeschlossen zu werden.
[0003] Bei dem zuvor erwähnten Stand der Technik wird das so vormontierte PTC-Heizelement
reibschlüssig in der Heizelementaufnahme gehalten. Das PTC-Heizelement hat dafür eine
durch das Heizelementgehäuse ausgebildete Labyrinthdichtung, die in die Heizelementaufnahme
eingepresst ist.
[0004] Nach der Lehre von
EP 3 334 242 A1 soll die Befestigung des PTC-Heizelementes zumindest für die Montage der einzelnen
Komponenten der vorbekannten elektrischen Heizvorrichtung tauglich sein. Nach der
Montage sämtlicher Komponenten der elektrischen Heizvorrichtung stützt sich das PTC-Heizelement
auf seiner der Anschlussseite gegenüberliegenden Unterseite an einem Boden ab, der
bei dem zuvor diskutierten Beispiel die Heizkammer abschließt. So wird das PTC-Heizelement
zwischen dem Boden und der Heizelementaufnahme geklemmt und in seiner Einbaulage gesichert.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte elektrische
Heizvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben.
[0006] Zur Lösung dieses Problems schlägt die vorliegende Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung
mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor. Diese hat ein Halteelement, welches das Heizelementgehäuse
umgreift. Das Halteelement hat hierfür eine Aufnahmeöffnung, die das Heizelementgehäuse
üblicherweise umfänglich umgibt und dieses so umgreift, dass eine mechanische Verbindung
zwischen dem Heizelementgehäuse und dem Halteelement bewirkt wird. Eine solche Verbindung
ist üblicherweise eine zumindest kraft- bzw. reibschlüssig wirkende Verbindung. Dies
bietet den Vorteil, dass das Heizelementgehäuse zunächst im Rahmen der Herstellung,
beispielsweise mit dem separat vorbereiteten Gehäuse, speziell mit der Trennwand der
elektrischen Heizvorrichtung gefügt werden, beispielsweise steckverbunden werden kann,
wie dies nach
EP 3 334 242 A1 grundsätzlich bekannt ist, und durch Aufschieben des Halteelementes auf das Heizelementgehäuse
von der Heizkammerseite her ein Umgreifen des Heizelementgehäuses durch das Heizelement
erfolgt. Hierzu hat das Halteelement üblicherweise an der Außenfläche des Heizelementgehäuses
anliegende Haltevorsprünge beispielsweise in Form von elastischen, mit der Außenfläche
des Heizelementgehäuses zusammenwirkende Federzungen.
[0007] Das erfindungsgemäße Halteelement ist mit der Trennwand an ihrer der Heizkammer zugewandten
Seite verbunden. Insbesondere durch den zuvor erwähnten Kraft- bzw. Reibschluss ist
das Halteelement ferner mit dem Heizelementgehäuse verbunden. So bewirkt das Halteelement
eine mechanische Sicherung des Heizelementgehäuses gegenüber dem Gehäuse der elektrischen
Heizvorrichtung und damit der Trennwand.
[0008] Die vorliegende Erfindung eignet sich auch zur mechanischen Befestigung von Heizelementen,
die anders als mittels Steckkontaktierung gemäß
EP 3 334 242 A1 mit dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung und damit deren Trennwand verbunden
sind. Die erfindungsgemäße Lösung bietet durch das Halteelement eine zusätzliche Sicherungsmöglichkeit
des Heizelementgehäuses gegenüber dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung, auch
wenn diese einteilig mit der Trennwand ausgebildet oder stoffschlüssig, beispielsweise
durch Schweißen mit dieser verbunden ist. Ein Dichtelement sorgt in der Regel für
die Abdichtung des PTC-Heizelements in der Heizelementaufnahme der Trennwand gehalten.
Dabei ist üblicherweise jedes PTC-Heizelement mit einem Dichtelement versehen, wohingegen
für sämtliche PTC-Heizelemente der Heizvorrichtung üblicherweise lediglich ein Halteelement
vorgesehen ist.
[0009] Allerdings bringt die erfindungsgemäße Lösung besondere Vorteile in Verbindung mit
steckkontaktierten in der Trennwand gehaltenen oder zumindest abgedichtet darin aufgenommenen
Heizelementgehäusen, die zunächst separat hergestellt sind. Denn das Halteelement
kann solche Heizelementgehäuse dauerhaft und zuverlässig gegenüber dem Gehäuse der
elektrischen Heizvorrichtung mechanisch befestigen und damit sichern. Dazu ist es
üblicherweise lediglich notwendig, das Halteelement von der Heizkammerseite über das
Heizelementgehäuse zu schieben und mit dem Gehäuse der elektrischen Heizvorrichtung
zu verbinden.
[0010] Die Verbindung zwischen dem Halteelement und dem Heizelementgehäuse ist bevorzugt
- wie zuvor bereits vermittelt - eine kraftschlüssige Verbindung. Bevorzugt wird das
Halteelement aber auch kraftschlüssig mit der Trennwand und damit dem Gehäuse der
elektrischen Heizvorrichtung verbunden. So kann durch Aufschieben des Halteelementes
und Anlegen des Halteelementes gegen die Trennwand eine solide mechanische Verbindung
geschaffen werden. Diese Verbindung kann dadurch erfolgen, dass das an die Trennwand
angelegte Halteelement nachträglich verstemmt oder andersartig umgeformt und/oder
verbunden wird. Bevorzugt ist das Halteelement allerdings allein durch Anlegen und
Andrücken gegen die Trennwand mit dem Gehäuse der Heizvorrichtung verbunden. So muss
das Halteelement lediglich über das Heizelementgehäuse geschoben und mit einer gewissen
Anpresskraft, beispielsweise gegen die Trennwand angelegt werden, um das Halteelement
in seine Einbaulage zu verbringen und damit mit dem Heizelementgehäuse einerseits
und der Trennwand andererseits mechanisch zu verbinden.
[0011] Die erfindungsgemäße Lösung bietet darüber hinaus den Vorteil, dass das Halteelement
als Abschirmung mit dem Heizelementgehäuse zusammenwirken kann, um dieses elektrisch
beispielsweise an einen Massepol oder an Masse anzuschließen, die über das Gehäuse
der elektrischen Heizvorrichtung bereitgestellt wird. Dazu kann das Gehäuse ganz oder
teilweise elektrisch leitend sein. Es kann auch lediglich einen Massepol halten und
festlegen, mit dem das Halteelement in der Einbaulage elektrisch verbunden ist. Die
Abschirmung des PTC-Elementes innerhalb des Heizelementgehäuses bedingt eine Heizelementabschirmung,
die Teil des Heizelementgehäuses ist. Eine solche Abschirmung kann beispielsweise
durch eine das PTC-Element umschließende Umhüllung gebildet sein. Bei dieser Umhüllung
kann es sich um eine elektrisch leitende, bevorzugt aus Metall ausgebildete, das PTC-Element
üblicherweise vollumfänglich umgebende Ausgestaltung handeln. Eine solche Ausgestaltung
kann als Abschirmgitter mit einem Kunststoffgehäuse verbunden sein, welches das PTC-Heizelement
und die Kontaktbleche zu einer Einheit fügt, wie dies aus
EP 3 334 242 A1 bekannt ist.
[0012] Eine solche, das PTC-Element umschließende Umhüllung aus einem elektrisch leitenden
Material ist beispielsweise aus
US 2008/0173637 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik werden das PTC-Element und die elektrisch leitend
daran anliegenden Leiterbahnen jeweils unter Zwischenlage einer Isolierschicht in
ein Rohr mit rechteckiger Querschnittsfläche eingebracht, dessen Innenfläche wärmeleitend
an die Isolierlage und damit mittelbar an eine der Wärmeauskopplungsflächen der PTC-Elemente
innerhalb des Rohres angelegt wird. Auch ein solcher Heizstab bietet eine Möglichkeit
zur Ausbildung einer das PTC-Element umschließenden Umhüllung. Dazu muss der Heizstab
nicht notwendigerweise an seinem freien, der Trennwand abgewandten unteren Ende mit
einem abschirmenden Element verschlossen sein, wenngleich ein solches Element als
Stopfen zur Ausbildung einer vollständigen Umhüllung zu bevorzugen ist.
[0013] Die Abschirmung kann aber auch durch eine das zumindest eine PTC-Element und die
beiden Leiterbahnen vollumfänglich einsiegelnde Tasche gebildet sein, die an ihrer
Unterseite verschlossen ist und auch ansonsten das PTC-Element und die Leiterbahnen
abgedichtet umschließt, wobei elektrische Kontaktzungen, die üblicherweise einteilig
von die Leiterbahnen ausbildenden Kontaktblechen ausgeformt sind, die Außenseite der
Tasche überragen.
[0014] Eine solche Tasche kann beispielsweise aus einem Blechmaterial gebildet sein, das
zunächst als Rohr vorbereitet, danach mit den PTC-Element und den Leiterbahnen bestückt
und danach umgeformt wird, so dass Wärmeauskopplungsflächen des PTC-Elementes wärmeleitend
mit Innenflächen der Tasche in Kontakt stehen. Zusätzlich oder alternativ kann die
Tasche auch mit einer wärmeleitfähigen Masse, beispielsweise einer Silikonmasse gefüllt
werden, um die Innenfläche der Tasche möglichst gut wärmeleitend mit den Wärmeauskopplungsflächen
des PTC-Elementes zu verbinden. Es versteht sich, dass ein solches PTC-Element und
die damit elektrisch leitend verbundenen Leiterbahnen innerhalb einer solchen für
sich elektrisch leitenden Tasche isoliert abgestützt sind. Hierzu können die Leiterbahnen,
das PTC-Element und üblicherweise beidseitig an Hauptseitenflächen des PTC-Elementes,
die die größten Seitenflächen des PTC-Elementes sind und dementsprechend die maßgeblichen
Wärmeauskopplungsflächen bilden, anliegende Isolierlagen in einer Halterung aus einem
isolierenden Material vormontiert sein, die in die Tasche eingebracht wird. Ebenso
gut ist es möglich, die Tasche mit den Isolierlagen und den Kontaktblechen, die die
Leiterbahnen ausbilden, zu bestücken und das bzw. die PTC-Elemente zwischen den Leiterbahnen
anzuordnen, wobei bevorzugt anschließend die Tasche von außen umgeformt wird, um die
Innenwände mit guter Wärmeleitfähigkeit unter Zwischenlage der Isolierlagen und der
Leiterbahnen gegen die Wärmeauskopplungsflächen des PTC-Elementes anzulegen. Danach
mag die Tasche mit der wärmeleitfähigen Masse ausgefüllt werden.
[0015] Die zuvor erwähnte Tasche hüllt jedenfalls die elektrisch leitenden Elemente des
PTC-Heizelement umfänglich ein und bietet darüber hinaus durch den metallischen Werkstoff
der Tasche eine elektrisch abschirmende Umhüllung für das zumindest eine PTC-Element
innerhalb der Tasche. Durch das diese Umhüllung umgreifende Halteelement, das elektrisch
leitend mit der Umhüllung verbunden ist, ergibt sich eine äußere Kontaktierung der
Abschirmung über das Halteelement, welches wiederum an einen Massepol, der der Trennwand
zugeordnet oder durch diese ausgebildet ist, angeschlossen werden kann. So müssen
in derAnschlusskammer für jedes einzelne Heizelementgehäuse lediglich die üblicherweise
zwei Anschlussfahnen der beiden Leiterbahnen je Heizelement elektrisch angeschlossen
werden. Insbesondere bei mehreren PTC-Heizelementen ergibt sich ein vereinfachter
Anschluss derselben an die Abschirmung durch Aufschieben des Halteelementes auf sämtliche
Heizelementgehäuse. Diese sind dazu bevorzugt identisch ausgebildet und ragen dementsprechend
mit gleicher Länge von der üblicherweise eben ausgebildeten Trennwand ab.
[0016] Die zuvor erwähnte Abschirmung erstreckt sich bevorzugt auch über die Anschlusskammer,
die hierzu eine diese Anschlusskammer elektromagnetisch abschirmende Anschlusskammer-Abschirmung
aufweist. Diese Abschirmung kann dadurch gebildet sein, dass die die Anschlusskammer
ausbildenden Gehäuseteile für sich aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere
aus Metall, hergestellt sind. Die Trennwand kann anschlusskammerseitig dazu einteilig
mit einem umlaufenden Rand ausgeformt sein, der mit einem metallischen Gehäusedeckel
zu der Anschlusskammer versehen ist, wie dies beispielsweise aus
EP 3 334 242 A1 bekannt ist, um die Anschlusskammer auch abzudichten, so dass keine Feuchtigkeit
und keine Verschmutzung in die Anschlusskammer gelangen kann.
[0017] Ebenso gut können die Trennwand und Teile des Gehäuses aus Kunststoff mit einer damit
verbundenen Abschirmung ausgebildet sein. Die Abschirmung kann durch Umspritzen in
dem Kunststoffgehäuse angeordnet sein. Dem Fachmann sind verschiedene Möglichkeiten
bekannt, die Anschlusskammer und/oder die Trennwand mit einer elektromagnetischen
wirksamen Abschirmung zu versehen. Diese Abschirmung ist elektrisch leitend mit dem
Halteelement verbunden, so dass sich die Abschirmung von den Heizelementen über das
Halteelement zu der Anschlusskammer-Abschirmung erstreckt. Damit ist ein wirksamer
EMV-Schutz für die elektrische Heizvorrichtung gegeben.
[0018] Zur einfachen elektrischen Kontaktierung der Abschirmumhüllung mit dem Halteelement
weist das Gehäuse zumindest einen, das Halteelement außenseitig umgegebenen Verriegelungsvorsprung
auf. Dieser Verriegelungsvorsprung wird üblicherweise einteilig durch das die Trennwand
ausformende Gehäuse ausgebildet. Das Halteelement hat eine Gehäuse-Anschlusszunge,
die unter Vorspannung an dem Verriegelungsvorsprung anliegt. Die Ausgestaltung ist
dabei bevorzugt so gewählt, dass nach dem Aufschieben des Halteelementes auf das Heizelementgehäuse
des Halteelements auch elektrisch über die Gehäuse-Anschlusszungen mit dem Gehäuse
verbunden ist. Die Gehäuse-Anschlusszunge legt sich dabei üblicherweise unter elastischer
Vorspannung gegen eine Fläche des Verriegelungsvorsprungs an, üblicherweise kratzt
die Gehäuse-Anschlusszunge beim Aufschieben des Halteelementes auf das Heizelementgehäuse
an der entsprechenden Fläche entlang.
[0019] Im Hinblick auf eine möglichst gute elektrische Kontaktierung sind üblicherweise
mehrere, durch das Gehäuse ausgebildete Verriegelungsvorsprünge und mehrere diesen
zugeordneten Gehäuse-Anschlusszungen vorgesehen. Im Übrigen ist es zu bevorzugen,
das Halteelement nicht nur kraft- sondern auch formschlüssig mit der Trennwand bzw.
dem die Trennwand ausformenden Gehäuse zu verbinden. So haben das Halteelement und
das Gehäuse bevorzugt einander zugeordnete Funktionsflächen, die so zusammenwirken,
dass das Halteelement in seiner Einbaulage in vorbestimmter Anordnung und Ausrichtung
relativ zu der Trennwand bzw. dem Gehäuse gehalten ist.
[0020] Dazu kann beispielsweise die Trennwand einen Kragen ausbilden, der bevorzugt das
zumindest eine Heizelementgehäuse umfänglich umgibt. Dieser Kragen ist gemäß der bevorzugten
Weiterbildung von dem Halteelement umgriffen. So hat das Halteelement einen zumindest
abschnittsweise umlaufenden Rand, der zumindest so ausgebildet ist, dass er an gegenüberliegenden
Seiten mit dem Kragen zusammenwirkt und diesen umgreift. Dadurch ist eine formschlüssige
Positionierung des Halteelementes relativ zu der Trennwand gegeben. Bevorzugt läuft
der Rand vollumfänglich um die äußere Kontur des Halteelementes um und wirkt mit einem
ebenfalls vollumfänglich ausgebildeten Kragen zusammen.
[0021] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das Halteelement
durch ein einteiliges Blechelement gebildet. Dieses Blechelement formt die zuvor bereits
beschriebene Aufnahmeöffnung aus. Durch Biege- und Stanzbearbeitung ist bevorzugt
auch der zuvor diskutierte Rand an dem Blechelement ausgeformt. Gleichwohl ist das
Halteelement bevorzugt im Wesentlichen flach und baut in Höhenrichtung des PTC-Heizelementes
nicht oder nur geringfügig auf. Durch Stanzen und Biegen ist zumindest eine, bevorzugt
sind mehrere Kontaktzungen vorgesehen, die in der Aufnahmeöffnung freiliegen und unter
elastischer Vorspannung an dem Heizelementgehäuse anliegen. Die Kontaktzunge unterscheidet
sich dadurch von dem Federsegment, dass erstere auch einen elektrischen Kontakt mit
der Außenfläche zur Schaffung einer Abschirmung bewirkt. Die Kontaktzungen ragen dabei
üblicherweise aus der Ebene des Blechelementes in Richtung auf das untere Ende des
Heizelementgehäuses aus der Aufnahmeöffnung hervor. So flexen die Kontaktzungen beim
Aufschieben des Halteelementes auf das Heizelementgehäuse entgegen der Aufschieberichtung
und legen sich elastisch an die Außenfläche des Heizelementgehäuses.
[0022] Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen
Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12 angegeben, das bereits zuvor mit
seinen wesentlichen Verfahrensschritten vorgestellt wurde. Beim Aufschieben des Halteelementes
über das Heizelementgehäuse erfolgt üblicherweise eine reibschlüssige Verbindung zwischen
diesen beiden Elementen, die zuvor separat hergestellt und erst nach dem Verbinden
des Heizelementgehäuses mit der Trennwand miteinander gefügt werden. Üblicherweise
erfolgt zunächst die Sicherung des oder der Heizelementgehäuse an der Trennwand über
das Halteelement, bevor elektrische Anschlusselemente der Leiterbahnen, beispielsweise
Anschlussfahnen, die einteilig durch Kontaktbleche zu den einzelnen PTC-Elementen
ausgebildet werden, im Bereich der Anschlusskammer elektrisch angeschlossen werden.
Zuvor kann ein Bodenelement, wie es aus
EP 3 334 242 A1 bekannt ist, mit dem die Trennwand ausbildenden Gehäuse verbunden werden, um die
Heizkammer als im Wesentlichen umfänglich geschlossene Zirkulationskammer mit je einem
Ein- und Auslassstutzen für das zu erwärmende, üblicherweise flüssige Medium, auszuformen.
In dieser Zirkulationskammer liegt das Heizelementgehäuse jedes einzelnen PTC-Heizelementes
nach Art einer Heizrippe frei.
[0023] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung.
In dieser zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Halteelementes;
- Fig. 2
- eine perspektivische Seitenansicht eines eine Trennwand ausbildenden Gehäuses, welches
mit mehreren PTC-Heizelementen bestückt ist, vor dem Aufschieben des Halteelementes;
- Fig. 3
- eine Darstellung nach Fig. 2 nach dem Aufschieben des Halteelementes;
- Fig. 4
- das Detail D gemäß Fig. 3 in einer vergrößerten Ansicht;
- Fig. 5
- eine perspektivische Seitenansicht nach dem Aufschieben des Halteelementes, wobei
einige der Heizelemente zur besseren Darstellung des Sachverhaltes weggenommen wurden;
- Fig. 6
- das Detail F gemäß Figur 5 in vergrößerter Darstellung und
- Fig. 7
- eine perspektivische perspektivische Explosionsdarstellung der Komponenten des PTC-Heizelementes
des Ausführungsbeispiels.
[0024] Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines durch Stanzen und Biegen ausgebildeten
Halteelementes 2, das eine Vielzahl von sich parallel zueinander erstreckenden, als
Langloch ausgebildeten Aufnahmeöffnungen 4 aufweist, in die an gegenüberliegenden
Längsseiten der Aufnahmeöffnungen 4 jeweils Kontaktzungen 6 hineinragen. An dem in
Fig. 1 hinteren Längsrand des Halteelementes 2 sind Gehäuse-Anschlusszungen 8 vorgesehen.
Dort sind vorliegend drei Gehäuse-Anschlusszungen 8 vorgesehen. An sich gegenüberliegenden
Querseiten des in seiner Grundfläche als Parallelogramm ausgebildeten Halteelementes
2 befindet sich jeweils eine weitere Gehäuse-Anschlusszunge 8.
[0025] Das Halteelement 2 ist durch Stanzen und Biegen eines Blechmaterials ausgeformt.
Dabei ragen die Gehäuse-Anschlusszungen 8 sowie die Kontaktzungen 6 zu einer Seite
von dem ebenen Blechmaterial ab, wohingegen von der anderen Seite ein vollumfänglich
geschlossener umfänglicher Rand 10 abragt, der aus der Ebene des Blechmaterials durch
Umbiegen desselben ausgeformt ist.
[0026] Die Kontaktzungen 6 haben - wie sich insbesondere aus Fig. 4 ergibt - ein befestigungsseitiges
Ende, welches mit dem Rand der Aufnahmeöffnung 4 verbunden ist und von diesem abragt,
und ein freies Ende, das gegenüber einem stegförmigen, schräg von der Ebene des Blechmaterials
abragenden Abschnitt noch einmal umbogen ist und sich im Wesentlichen rechtwinklig
zu der Ebene des Blechmaterials erstreckt. Das freie Ende der Kontaktzunge 6 kann
scharfkantig enden.
[0027] Das Halteelement 2 kann aus Messing, Stahl, Kupfer oder Aluminium gebildet sein.
Es sollte ein Material ausgewählt werden, welches einerseits eine gute elektrische
Leitfähigkeit hat und andererseits eine gewisse Federsteifigkeit, so dass die Kontaktzungen
mit guter Anpresskraft an dem Heizelementgehäuse anliegen können.
[0028] Die PTC-Heizelemente sind in Fig. 2 mit Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Sie haben
ein Heizelementgehäuse 14, das aus einem Blech ausgeformt ist und in Fig. 2 nicht
dargestellte Leiterbahnen in Form von Kontaktblechen vollumfänglich einschließt, die
elektrisch leitend üblicherweise mit einander gegenüberliegenden Seitenflächen eines
ebenfalls nicht dargestellten PTC-Elementes kontaktiert sind. Details einer solchen
Gestaltung sind
EP 3 334 242 A1 zu entnehmen. Innerhalb des Heizelementgehäuses 14 befindet sich auch eine Isolierung
die verhindert, dass die Kontaktbleche elektrisch mit der Innenfläche des Heizelementgehäuses
14 in Kontakt kommen. Denn das das Heizelementgehäuse 14 ausbildete Blechmaterial
ist elektrisch leitend und bildet eine umfängliche, das PTC-Element umfänglich abschirmende
Umhüllung aus. Über diese Umhüllung sind das PTC-Element und die Kontaktbleche auch
gegenüber dem zu erwärmenden Medium gekapselt und danach getrennt, welches die Außenseite
der Heizelementgehäuse zum Erwärmen anströmt, um die durch das PTC-Element erzeugte
Wärme aufzunehmen und abzuführen. Die PTC-Heizelemente ragen von einem Gehäuse 16
ab, welches zu jedem PCT-Heizelement 12 eine Heizelementaufnahme 18 ausformt. In diese
Heizelementaufnahme 18 ist das anschlussseitige Ende des PTC-Heizelementes 12 eingesetzt.
Das Heizelementgehäuse 14 ist dazu üblicherweise an seinem Außenumfang mit einer umlaufenden
Dichtung versehen, die an den die Heizelementaufnahme 18 definierenden Wänden des
Gehäuses 16 abgedichtet anliegen, vgl.
EP 3 334 242 A1.
[0029] Das Gehäuse 16 kann ein metallisches Druckgussgehäuse sein. Zur Ausbildung einer
Anschlusskammer-Abschirmung kann das Gehäuse 16 ebenso gut ein spritzgegossenes Kunststoffgehäuse
sein, in welches eine Abschirmung eingearbeitet oder eine solche mit dem Kunststoffgehäuse
verbunden ist, beispielsweise durch Umspritzen mit dem Kunststoff. An sich diagonal
gegenüberliegenden Ecken des mit im Grunde mit rechteckiger Grundfläche ausgebildeten
Gehäuses 16 ist zum einen ein Steckergehäuse 20 für den Leistungsstrom und zum anderen
ein Steckergehäuse 22 für Steuersignale mit dem Gehäuse 16 verbunden. Die beiden Steckergehäuse
20, 22 sind aus Kunststoff hergestellt und unter Zwischenlage einer Dichtung mit dem
Gehäuse 16 verbunden.
[0030] Das Gehäuse 16 ist im Grunde schalenförmig ausgebildet, wobei ein Boden der Schale
eine Trennwand 24 ausformt, in welcher die Heizelementaufnahmen 18 ausgespart sind.
Diese Trennwand 24 wird umfänglich von einer umlaufenden Gehäusewand 26 umgeben, die
eine Aufnahmekammer umschließt. In dieser mit Bezugszeichen 28 gekennzeichneten Anschlusskammer
liegen jeweils die Kontaktbleche der einzelnen PTC-Heizelemente 12 zum elektrischen
Anschluss an dem Leistungsstrom frei. Die Anschlusskammer 28 nimmt üblicherweise auch
eine Steuervorrichtung in sich auf, die sämtliche PTC-Heizelemente ansteuert und gegebenenfalls
zu unterschiedlichen Heizkreisen gruppiert.
[0031] Auf der der Anschlusskammer 28 gegenüberliegenden Seite der Trennwand 24 ist mit
Bezugszeichen 30 eine Heizkammer angedeutet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird diese Heizkammer 30 durch ein weiteres, nicht gezeigtes Gehäuseelement komplettiert,
welches unter Ausschluss der Steckergehäuse 20, 22 sämtliche PTC-Heizelemente 12 umschließt
und einen Boden aufweist, so dass eine Zirkulationskammer als Heizkammer gebildet
ist, die durch Ein- und Auslassstutzen von außen zugänglich ist, um ein zu erwärmendes
Medium in der Zirkulationskammer zu zirkulieren und an den Oberflächen der PTC-Heizelemente
12 vorbeizuführen, um das Medium zu erwärmen.
[0032] In der Fig. 2 ist das Halteelement 2 nach Fig. 1 in Verlängerung der freien Enden
der PTC-Heizelemente 12 vorgesehen. Die Richtungszeile P deuten die Montagerichtung
an. So wird das Halteelement 2 über die einzelnen Heizelementgehäuse 14 geschoben.
Die Kontaktzungen 6 legen sich dabei an die Außenfläche der Heizelementgehäuse 14
und kontaktieren diese elektrisch. Sie schaben beim Aufbringen des Halteelementes
gegen die Außenfläche des Heizelementgehäuses 14.
[0033] Die Fig. 3 zeigt die Einbaulage des Halteelementes 2. Dieses Halteelement 2 umgreift
in der Einbaulage mit seinem Rand 10 einen die Trennwand 24 umfänglich umgebenden
und in Fig. 2 mit Bezugszeichen 32 gekennzeichneten Kragen. Dadurch ist das Halteelement
2 relativ zu der Trennwand 24 und damit dem Gehäuse 16 positioniert. Die an den gegenüberliegenden
Längsseiten der Langlöcher vorgesehenen Kontaktzungen 6 kontaktieren in dieser Einbaulage
jeweils die gegenüberliegenden Hauptseitenflächen der Heizelementgehäuse 14. So ergibt
sich eine elektrische Kontaktierung zwischen diesen Heizelementgehäusen 14 und dem
Halteelement 2, die bei spitz zulaufender Kontaktzunge 6 auch formschlüssig wirken
kann.
[0034] Wie insbesondere die Fig. 5 und 6 verdeutlichen, hat das Gehäuse 16 mehrere von der
Trennwand 24 in Richtung auf die Heizkammer 30 abragende Verriegelungsvorsprünge 34,
die vorliegend einteilig mit dem Druckgussgehäuse ausgeformt sind. An diesen Verriegelungsvorsprüngen
34 liegen die Gehäuse-Anschlusszungen 8 elektrisch leitend an. Beim Aufschieben des
Halteelementes 2 kratzen die Gehäuse-Anschlusszungen 8 an der Oberfläche der Verriegelungsvorsprünge
34 vorbei, so dass sich einerseits eine formschlüssige, mitunter auch verkrallende
und damit formschlüssige Verbindung gibt, die auch eine elektrische Kontaktierung
zwischen dem Halteelement 2 und dem Gehäuse 16 bewirkt.
[0035] Durch das Umgreifen des von der Trennwand 24 in Richtung auf die Anschlusskammer
28 abragenden Kragens 32 durch den umlaufenden Rand 10 des Halteelementes 2 einerseits
und das Zusammenwirken der Verriegelungsvorsprünge 34 mit dem Gehäuse-Anschlusszungen
8 ergibt sich eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Halteelement
2 und dem Gehäuse 16. Diese Verbindung ist auch elektrisch leitend. Elektrisch leitend
ist auch die Verbindung zwischen dem Halteelement 2 und dem Heizelementgehäuse 14.
Durch die elektrisch leitenden Eigenschaften des Gehäuses 16 ergibt sich eine umfängliche
Abschirmung, die die PTC-Elemente der PTC-Heizelemente 12 in sich aufnimmt und die
Anschlussenden der Kontaktzungen zum elektrischen Anschluss der PCT-Elemente im Bereich
der Anschlusskammer 28 umfänglich umgibt. Nach Aufbringung eines Deckels für die Anschlusskammer
28 sind sämtliche stromführenden Bauteile des Ausführungsbeispiels elektromagnetisch
abgeschirmt.
[0036] Die dazu erforderlichen elektrischen Verbindungen können allein durch Aufpressen
des Halteelementes 2 auf das Heizelementgehäuse 14 einerseits und das Gehäuse 16 andererseits
geschaffen werden. Ansonsten sind keinerlei Befestigungsmittel oder dergleichen erforderlich,
um das Halteelement 2 fest mit dem Gehäuse 16 zu verbinden.
[0037] Die Figur 7 verdeutlicht Details des PTC-Heizelementes 12, welches vorliegend lediglich
ein PTC-Element 40 aufweist, welches an seinen aneinander gegenüberliegenden Hauptseitenflächen
42 mit einer Isolierlage 44 belegt ist. Die Isolierlagen 44 sind vorliegend durch
eine Kunststofffolie, beispielsweise aus Kapton gebildet. Das PTC-Element 40 ist als
Plättchen ausgebildet mit einer Breite B bzw. einer Länge L, die um den Faktor von
zumindest 10 größer sind, als eine Dicke, die dem Abstand der beiden Hauptseitenflächen
42 entspricht.
[0038] Auf gegenüberliegenden Hauptseitenflächen 42 sind jeweils Kontaktbleche als Leiterbahnen
48 in Sinne der Erfindung vorgesehen, die mit dem keramischen PTC-Element 40 verklebt
und dadurch elektrisch leitend an einer oberflächigen Metallisierung des PTC-Elements
40, die als Schicht mittels PVD oder CVD aufgebracht sein kann, angebunden sein können.
Die Leiterbahnen 48 können auch lediglich auf das PTC-Element 40 aufgelegt sein. Jede
Leiterbahn 48 bildet eine Kontaktfläche 50, die an der Hauptseitenfläche 42 des PTC-Elementes
40 elektrisch leitend anliegt, eine an einer Seite über das PTC-Element 40 hinausragende
Kontaktzunge 5 aus. Vorliegend ist die Kontaktfläche 50 deckungsgleich mit der Hauptseitenfläche
42 des PTC-Elementes 40 vorgesehen. Die Isolierlage 44 liegt auf der dem PTC-Element
40 abgewandten Seite auf der Leiterbahnen 48 und deckt dieses ab.
[0039] Das PTC Element 40 ist in einem Rahmen 56 aufgenommen, der hierzu eine Rahmenöffnung
58 aufweist. Ein obere Querholm 62 des Rahmens 56 ist einteilig mit einer Durchführungselement-Basis
64 ausgebildet, die zusammen mit einem Durchführungssegment-Deckel 66 eine Art Stopfen
bildet, der von einem Anschlagkragen 68 überragt ist. Der Durchführungsegment-Deckel
66 weist Bohrungen 70 für warm zu verstemmende Stifte der Durchführungsegment-Basis
64 und mit den Kontaktzungen 52 fluchtende Halbschalen 72 auf.
[0040] Nach der Montage des Durchführungsegment-Deckels 66 an der Durchführungsegment-Basis
64 überragen die Kontaktzungen 52 jedes der Kontaktbleche 48 den oberen Querholm 62.
Die so hergestellte Baugruppe wird in ein mit Bezugszeichen 74 gekennzeichnetes Tiefziehteil
eingebracht, das durch Tiefziehen eines Blechmaterials hergestellt ist und eine einzige
Öffnung 76 aufweist, die von einem Dichtelement 78 umgeben ist, das durch Umspritzen
des Rahmens 56 hergestellt ist. Die Kontaktzungen 52 sind in der Anschlusskammer 28
steckkontaktiert. Das Dichtelement 78 ist in der Heizelementaufnahme 18 dichtend eingesetzt.
Bezugszeichenliste
[0041]
- 2
- Halteelement
- 4
- Aufnahmeöffnung
- 6
- Kontaktzunge
- 8
- Gehäuse-Anschlusszungen
- 10
- Rand
- 12
- PTC-Heizelement
- 14
- Heizelementgehäuse
- 16
- Gehäuse
- 18
- Heizelementaufnahme
- 20
- Steckergehäuse-Leitungsstrom
- 22
- Steckergehäuse-Steuersignale
- 24
- Trennwand
- 26
- Gehäusewand
- 28
- Anschlusskammer
- 30
- Heizkammer
- 32
- Kragen
- 34
- Verriegelungsvorsprung
- 40
- PTC-Element
- 42
- Hauptseitenfläche
- 44
- Isolierlage
- 48
- Leiterbahn/Kontaktblech
- 50
- Kontaktfläche
- 52
- Kontaktstreifen
- 56
- Rahmen
- 58
- Rahmenöffnung
- 62
- oberer Querholm
- 64
- Durchführungselement-Basis
- 66
- Durchführungselement-Deckel
- 68
- Anschlagkragen
- 70
- Bohrung
- 72
- Halbschale
- 74
- Tiefziehteil
- 76
- Öffnung
- 78
- Dichtelement
1. Elektrische Heizvorrichtung (2) umfassend:
ein Gehäuse (16) mit einer Trennwand (24), die eine Anschlusskammer (28) von einer
Heizkammer (30) zur Abgabe von Wärme trennt und von der zumindest ein PTC-Heizelement
(12) mit einem Heizelementgehäuse (14) in Richtung auf die Heizkammer (30) abragt,
in dem zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung des PTC-Elementes (40) mit unterschiedlicher
Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene Leiterbahnen, die in der Anschlusskammer
(28) elektrisch angeschlossen sind, isoliert abgestützt sind,
gekennzeichnet durch
ein das Heizelementgehäuse (14) umgreifendes Halteelement (2), das mit der Trennwand
(24) an ihrer der Heizkammer (30) zugewandten Seite mit dem Heizelementgehäuse (14)
verbunden ist.
2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) zumindest kraftschlüssig mit der Trennwand (24) und/oder dem
Heizelementgehäuse (14) verbunden ist.
3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelementgehäuse (14) eine das PTC-Element elektromagnetisch abschirmende Heizelement-Abschirmung
(14) aufweist und dass die Heizelement-Abschirmung (14) elektrisch mit dem Halteelement
(2) verbunden ist.
4. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelement-Abschirmung (14) durch eine das PTC-Element umschließende Umhüllung
gebildet ist.
5. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusskammer (28) mit einer die Anschlusskammer (28) elektromagnetisch abschirmenden
Anschlusskammer-Abschirmung versehen ist, die elektrisch leitend mit dem Halteelement
(2) verbunden ist.
6. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) zumindest einen, das Halteelement (2) außenseitig umgebenden Verriegelungsvorsprung
(34) ausbildet und dass das Halteelement (2) eine Anschlussgehäuse-Anschlusszunge
(8) ausformt, die unter Vorspannung an dem Verriegelungsvorsprung (34) anliegt.
7. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussgehäuse-Anschlusszunge (8) elektrisch leitend an dem Verriegelungsvorsprung
(34) anliegt.
8. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (24) einen das zumindest eine Heizelementgehäuse (14) umfänglich umgebenden
Kragen (32) ausformt, der von dem Halteelement (2) umgriffen ist.
9. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) ein einteiliges, zur Ausbildung einer Aufnahmeöffnung (4) für
das Heizelement stanzbearbeitetes Blechelement ist.
10. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (2) im Wesentlichen flach ist.
11. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, einteilig an dem Blechelement ausgebildete Kontaktzunge (6) in der
Aufnahmeöffnung (4) freiliegt, die unter elastischer Vorspannung an dem Heizelementgehäuse
(14) anliegt.
12. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelementgehäuse (14) ein Dichtelement (78) aufweist, das in einer Heizelementaufnahme
(18) der Trennwand (24) dichtend aufgenommen ist.
13. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Heizvorrichtung (2), bei dem zunächst
ein ein Gehäuse (16) mit einer Trennwand (24), die eine Anschlusskammer (28) von einer
Heizkammer (30) zur Abgabe von Wärme trennt, und zumindest ein PTC-Heizelement (12)
mit einem Heizelementgehäuse (14), in dem zumindest ein PTC-Element und zur Bestromung
des PTC-Elementes mit unterschiedlicher Polarität mit diesem elektrisch leitend verbundene
Leiterbahnen, die isoliert in dem Heizelementgehäuse (14) abgestützt sind, hergestellt
werden, das PTC-Heizelement (12) in eine Heizelementaufnahme der Trennwand (24) eingebracht
wird, so dass es in Richtung auf die Heizkammer (30) von der der Trennwand (24) abragt,
und ein mit dem Heizelementgehäuse (14) zusammenwirkendes Halteelement (2) über das
Heizelementgehäuse (14) geschoben und mit der Trennwand (24) an ihrer der Heizkammer
(30) zugewandten Seite verbunden wird.