Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Niederverbrauchsfahrzeugen ist auf Grund des geringen Abwärmeangebots eine zusätzliche Heizleistung zur Erwärmung des Fahrgastraums sowie zur schnellen Beseitigung eines Beschlags (Eis oder Wasser) insbesondere an der Windschutzscheibe erforderlich. Hierfür ist bekannt, bei Wärmetauschern, die aus Flachrohren aufgebaut sind, durch welche ein Wärmeübertragungsmedium strömt, welches im Heizungsfall Wärme abgibt, zumindest an den äußeren Rohren eine Zusatzbeheizung in Form von PTC-Heizelementen vorzusehen. Die Anbringung derartiger PTC-Heizelemente ist jedoch recht aufwendig.

Die US 6,124,570 schlägt vor, einzelne Rohre des Wärmetauschers durch PTC-Heizelemente zu ersetzen, welche zwischen Kontaktplatten gehalten werden, die gleichzeitig eine wärmeleitende Verbindung zu den angrenzenden Rippen herstellen. Nachteilig hieran ist, dass die konstruktive Anpassung des Wärmetauschers zur Aufnahme von PTC-Heizelementen sowie die PTC-Heizelemente selbst sehr teuer sind. Aus diesem Grund kann es sein, dass ein derartiger Kombi-Wärmetauscher teurer ist, als eine Kombination eines herkömmlichen Wärmetauschers mit einem separaten PTC-Heizer. Auch wird durch den Bauraumbedarf für die PTC-Heizelemente und deren Kontaktierung die Leistungsdichte des Wärmetauschers deutlich verschlechtert. Das Ersetzen einzelner Rohre des Wärmetauschers ist auch in der DE 44 36 791 A1 sowie der DE 100 12 320 A1 zu entnehmen.

Ferner wird in der DE 198 58 499 A1 vorgeschlagen, die Flachrohre als Mehrkammerprofile auszubilden und mindestens eine der äußeren Kammern in der Form einer Einlegenut für einen isolierten Heizdraht auszubilden, deren Wände dann zur Befestigung des Heizdrahtes zusammengebogen werden. Der Heizdraht wird nach dem Löten des Wärmetauschers eingelegt. Nachteilig hieran ist, dass ein derartiger Wärmetauscher spezielle Flachrohre erfordert und ein Großteil der elektrisch eingebrachten Heizleistung ins Kühlmittel geht und dadurch nur verzögert zur Erwärmung der dem Fahrzeuginnenraum zuzuführenden Luft beiträgt.

Die US 6,178,292 B1 offenbart einen Wärmetauscher mit einem innerhalb eines Trägerelements angeordneten elektrischen Heizer, welcher zwischen zwei benachbarte Rippenpakete geschoben ist. Hierbei schließt das Trägerelement ein Paar paralleler Platten ein, zwischen denen ein elektrisches Heizelement gehalten und elektrisch kontaktiert wird. Der elektrische Heizer besteht aus einem Heizelement und einem Isolationselement und hat einen mehrschichtigen Aufbau, der im Wesentlichen von einem Heizstrom senkrecht zu den einzelnen Schichten durchsetzt wird. Zur Befestigung sind senkrecht zum Trägerelement und Heizer verlaufende Befestigungselemente vorgesehen. Auch ein derartiger Wärmetauscher lässt noch Wünsche offen, insbesondere was die Teilevielfalt und -anzahl, und damit die Herstellkosten des gesamten Heizkörpers betrifft.

Weiterhin offenbart die US 6,265,692 B1 eine Klimaanlage mit einer Heizvorrichtung in einem Wärmeübertrager und einen Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Klimaanlage wird insbesondere für Anwendungen in Kraftfahrzeugen vorgeschlagen. Der Wärmeübertrager weist eine Mehrzahl von Flachrohren auf, die zwischen zwei Sammelbehältern verlaufen und zwischen denen Rippenelemente angeordnet sind. Der aus den Flachrohren und den Rippenelementen gebildete Kern des Wärmeübertragers weist dabei eine Mehrzahl von Heizelementen auf, die ersatzweise für einzelne Flachrohre in den Wärmeübertrager eingesetzt sind. Die Heizelemente verlaufen dabei über die gesamte Länge des Kerns des Wärmeübertragers. Der Wärmeübertrager ist vorzugsweise derart in der Klimaanlage positioniert, dass ein nach unten gerichteter Sammelbehälter und ein nach oben gerichteter Sammelbehälter erzeugt werden. Die elektrischen Anschlüsse für die Heizelemente sind dabei im Bereich des unteren Sammelbehälters angeordnet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten und kostengünstigeren Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das Heizelement kann sowohl als Verbund als auch aus einzelnen miteinander verbundenen Einzelelementen hergestellt sein. Der Verbund ist entsprechend der späteren Verschaltung noch aufzutrennen, außer wenn alle Einzelelemente später parallel geschaltet werden sollen. Die Einzelelemente sind - entsprechend der späteren Verschaltung - miteinander zu verbinden.

Hierbei wird das Heizelement bevorzugt durch mindestens je eine Heizleiterschicht, eine Isolationsschicht und eine Wärmeleit- und Schutzschicht gebildet, wobei auch weitere Schichten vorgesehen sein können, insbesondere eine oder mehrere Klebeschichten, wobei diese auch als selbstklebende Beschichtung ausgebildet sein können.

Die Heizleiterschicht ist vorzugsweise durch eine Stahl-, insbesondere eine Edelstahlschicht, gebildet, die insbesondere eine Dicke von 0,1 bis 0,25 mm aufweist und elastisch verformbar ist, so dass das Heizelement bei entsprechender Verformung federelastisch an den überstehenden Rippenpaketen anliegt und kraftschlüssig dazwischen gehalten wird.

Die Isolationsschicht ist vorzugsweise durch eine Polymer-, insbesondere eine Polyesterschicht, gebildet. Jedoch sind auch andere, höher temperaturfeste Materialien, wie PEN oder Polyimide möglich.

Die Isolationsschicht ist vorzugsweise aus einer isolierenden Folie oder einem Lack gebildet. Sie weist bevorzugt eine Dicke von 10µm bis 100µm, insbesondere 15µm bis 50µm, auf. Ferner ist ein dünnes Spezialpapier, z.B. ein Klebeband, oder eine dünne Kunststoff-Folie möglich.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen der Heizleiterschicht und der Isolationsschicht eine Klebeschicht vorgesehen, welche beide Schichten nach dem Laminieren dauerhaft miteinander verbindet. Bei einer Klebeschicht, die hinreichende Isolier- und Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist auch die Alternative möglich, die Polyester-Isolierschicht durch die Klebeschicht zu ersetzten.

Die Wärmeleit- und Schutzschicht ist vorzugsweise durch eine Metallschicht, insbesondere eine Aluminiumschicht oder eine Schicht aus einer bevorzugt relativ weichen Aluminiumlegierung, gebildet. Die Wärmeleit- und Schutzschicht übernimmt die Funktion, die in der Heizleiterschicht erzeugte Wärme fokussiert auf die Wellrippen, insbesondere die Kuppen der Wellrippen zu übertragen, d. h. eine Aufgabe wahrzunehmen, welche die Isolationsschicht nur in vermindertem Maße erfüllen könnte. Diese Wärmeleit- und Schutzschicht weist neben der Wärmeleitfunktion auch eine Schutzfunktion auf, so dass die benachbarte Isolationsschicht vor Verletzungen, zum Beispiel beim Einbringen der Heizelemente, geschützt ist. Sie weist bevorzugt eine Dicke von 20µm bis 200µm auf, insbesondere 50µm bis 100µm. Hierbei ist die Wärmeleit- und Schutzschicht bevorzugt direkt benachbart und in Anlage an den Rippenpaketen des Wärmetauschers angeordnet, so dass ein optimaler Wärmeübergang möglich ist.

Die Aluminiumschicht ist ebenso wie ein Edelstahlband, das für die Heizleiterschicht verwendet werden kann, im Handel erhältlich, und zwar als mit einer Selbstklebefolie kaschierte Aluminiumfolie. Damit ist es möglich, eine dauerhafte Verbindung zwischen der Aluminium- und der darunter liegenden Isolierschicht herzustellen. Auch hier ist als Alternative denkbar, auf die erwähnte Polymer- oder Polyester-Isolierschicht zu Gunsten der Klebeschichten zu verzichten, wenn durch diese eine hinreichende Isolation und Wärmeleitung gewährleistet ist. Wie bereits erwähnt, wird das erfindungsgemäße Laminat durch Walzen hergestellt und kann damit wie ein Blech weiter verarbeitet werden.

Bevorzugt ist das Heizelement selbst als Heizgitter ausgebildet, oder es ist eine Mehrzahl von Heizelementen zu einem Heizgitter verbunden, insbesondere derart, dass der Strom derart, zum Beispiel mäanderartig, durch das Heizgitter geleitet wird, dass sich der erforderliche elektrische Widerstand zur Erzielung einer gewünschten Heizleistung bei gegebener Spannung einstellt. Die Heizelemente und/oder die Heizleiterschicht können ihrerseits mäanderartig ausgebildet sein, zum Beispiel um den elektrischen Widerstand bei gegebener Schichtdicke zu erhöhen, wobei einzelne, parallel zueinander verlaufende Heizelemente auf je einer Seite mit mindestens einem benachbarten Heizelement über Verbindungsstege verbunden sind.

Das Heizelement ist bevorzugt auf der Luftabströmseite stirnseitig bezüglich des entsprechenden Flachrohrs und parallel hierzu verlaufend angebracht, wobei das Heizelement zumindest bereichsweise zwischen vorstehenden Rippenpaketen aufgenommen ist. Dies ermöglicht eine einfache, raumsparende und kostengünstige Anbringung.

Bevorzugt kann der elektrische Widerstand und somit die Heizleistung durch die Vorsehung von Ausnehmungen in der der Wärmeerzeugung dienenden Schicht eingestellt werden, beispielsweise mittels Stanzen hergestellter Schlitze, z.B. durch eine streckgitterartigen Ausgestaltung.

Zur Vermeidung von Kurzschlüssen oder Strombrücken, insbesondere zwischen den elektrisch leitenden Schichten des Laminats, erfolgt nach dem Stanzvorgang ein Entgraten der Schnittkanten. Dies erfolgt bevorzugt mittels einer gepulsten Spannung, die zwischen den stromleitenden Schichten angelegt wird, wobei die Spannung bevorzugt von Puls zu Puls erhöht wird. Hierbei brennen mögliche Verbindungs-Grate zwischen den beiden Metallschichten in Folge des sich kurzzeitig bildenden Lichtbogens ab, wobei die umgebenden Bereiche auf Grund der Kürze der Pulse nicht oder nur sehr begrenzt durch eine übermäßige Wärmeentwicklung beeinträchtigt werden. Das Entgraten kann auch mittels eines Ätzverfahrens oder auf sonstige Weise erfolgen.

Das Entgraten kann beispielsweise direkt nach dem Stanzen, ggf. auch vor dem Laminieren, oder nach erfolgtem Laminieren, nachfolgendem Stanzen und anschließendem Umformen des Heizelements erfolgen.

Bevorzugt werden insbesondere die entgrateten Schnittkanten versiegelt, beispielsweise mittels Auftragens eines Lackes oder eines Klebers, der nach dem Auftragen aushärtet. Jedoch kann auch eine Versiegelung beispielsweise bei getrennt hergestellten und anschließend fest miteinander verbundenen Elementen unterschiedlicher Abmessungen erfolgen, wobei die Versiegelung eine spätere kurzschlussbildende Verformung der Kanten insbesondere bei kleinen Abständen der gut elektrisch leitenden Schichten verhindert.

Hierbei wird zum Versiegeln bevorzugt ein Polymer verwendet, wobei durch Wahl der Viskosität und des Auftragsverfahrens (z.B. Tauchen, Abrollen, Abstreifen oder Raupenauftrag) die Dicke der Versiegelung eingestellt werden kann. Das Versiegeln erfolgt bevorzugt direkt nach dem Entgraten, kann jedoch gegebenenfalls als letzter Verfahrensschritt nach dem Verbinden und Umformen der einzelnen Heizelemente zu einem Heizgitter erfolgen.

Das Laminat kann die oben angegebenen Schichten auf, weisen wobei die wärmeleitende und schützende Aluminiumschicht in Kontakt mit den Wellrippen steht, während die Heizleiterschicht mit ihrer nicht isolierten Oberfläche die dem Wärmetauscher abgewandte Seite bildet.. Zwischen Aluminiumschicht und Wellrippen ergibt sich damit ein verbesserter Wärmeübergang, insbesondere bei weicher Aluminiumlegierung, sodass auch eine gewisse Anschmiegung an die Kuppen der Wellrippen möglich ist.

Kontaktleiter können mit Kontaktfahnen vorgesehen werden, welche elektrisch leitend in die Nuten bzw. Faltungen der Heizvorrichtung eingreifen und damit direkt die Heizleiterschicht kontaktieren. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die elektrische Heizvorrichtung mit einfachen Mitteln von außen kontaktiert, d. h. mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz versorgt werden kann.

Die gitterförmige Heizvorrichtung kann mittels eines zusätzlich aufzubringenden Klebers gegen Herausfallen gesichert sein - prinzipiell hält die Heizvorrichtung durch kraftschlüssige Verbindung, d. h. durch Einklemmen der Faltungen in die Freiräume zwischen den vorstehenden Rippen.

Die gitterförmige Heizvorrichtung kann mäanderförmig ausgebildet werden, d. h. parallel zueinander angeordnete Heizstränge in Form von Faltungen sind endseitig abwechselnd durch breite und schmale Stege miteinander verbunden, sodass sich ein zusammenhängendes Gebilde ergibt, welches bei der Montage leicht zu handhaben ist. Einzelne Strompfade bzw. Heizstränge können unterbrochen und durch PTC-Elemente zum Schutz vor Überhitzung überbrückt werden. Bei dieser Gestaltung der Heizvorrichtung sind auch verschiedene Schaltungsvarianten möglich. Darüber hinaus können einem Heizkörper mehrerer Heizvorrichtungen zugeordnet sein, die jeweils einen Teil der Stirnfläche überdecken. Diese können nacheinander oder gleichzeitig zuoder abgeschaltet werden, um somit die Heizleistung abzustufen.

Bevorzugt sind Überhitzungssicherungen im Strompfad vorgesehen, die den Stromfluss bei zu hohen Temperaturen automatisch unterbrechen. Die Überhitzungssicherungen werden bevorzugt durch Lötverbindungen mit einem niederschmelzenden Lot zwischen zwei Kontaktblechen gebildet, wobei eines der Kontaktbleche ein unter Vorspannung stehender Federstahl ist. Dabei können die Überhitzungssicherungen das gesamte Heizgitter und/oder parallelgeschaltete Teilbereiche des Heizgitters gegen Überhitzung absichern.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Varianten unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

einen Schnitt durch ein Heizelement im gestreckten Zustand,

Fig. 2

einen Schnitt durch ein eingebautes Heizelement,

Fig. 3

einen Schnitt senkrecht zur normalen Strömungsrichtung der Luft,

Fig. 4

eine vergrößerte Darstellung eines Bereichs von Fig. 3 unter Verdeutlichung des Wärmeübergangs,

Fig. 5a-5d

verschiedene Ansichten und Darstellungen eines Heizgitters, das eine Mehrzahl von Heizelementen umfasst,

Fig. 6

eine perspektivische Darstellung eines Wärmetauschers mit angebauter Zusatzheizung,

Fig. 7

einen Schnitt durch ein eingebautes Heizelement im Bereich eines elektrischen Kontakts,

Fig. 8a

eine Draufsicht auf ein gestreckt dargestelltes Heizelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 8b

eine Draufsicht auf die Heizleiterschicht,

Fig. 8c

eine Draufsicht auf die Isolationsschicht und Wärmeleitund Schutzschicht,

Fig. 9

einen Schnitt durch eine Überhitzungssicherung,

Fig. 10

einen Schnitt durch eine Überhitzungssicherung gemäß einer Variante, Die in den Figuren 9 und 10 geschildenten Zusatzheizungen fallen nicht unter den Ansprüchen.

Fig. 11a, 11b

zwei Varianten von Heizelementen mit Überhitzungssicherungen,

Fig. 12

einen Schnitt durch eine alternative Kontaktierung,

Fig. 13a-13e

Ausführungsbeispiele für ein Heizelement zur Anpassung des elektrischen Widerstandes,

Fig.14a-14c

eine Draufsicht und seitliche Schnitte eines aus Einzelelementen gebildeten Heizgitters mit serieller Schaltung je zweier parallel geschalteter Heizelemente zur Anpassung des elektrischen Widerstandes,

Fig. 15a-15c

Schnitte durch ein Heizelement nach dem Stanzen, beim Anlegen einer Spannungsquelle und nach dem Versiegeln,

Fig. 16a, 16b

Schnitte durch ein Heizelement, bei dem das Laminieren nach dem Stanzen erfolgt, und

Fig. 17a, 17b

Schnitte durch ein mittels Ätzens bearbeitetes Heizelement,

Fig. 18

einen Schnitt durch ein Heizelement mit umgeschlagenem Verbund in den Endbereichen,

Fig. 19

eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher mit Heizelement, wobei das Heizelement mit Hilfe eines Halteelements am Wärmetauscher fixiert ist,

Fig. 20

eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers mit Heizelement und Halteelement von Fig. 19,

Fig. 21

eine perspektivische Ansicht des Halteelements von Fig. 19 und 20,

Fig. 22a-22h

verschiedene Beispiele der Anbringung eines Strombandes, und

Fig 23a-23c

drei verschiedene Beispiele mit je zwei Ansichten der Positionierung einer Überhitzungssicherung.

Ein Wärmetauscher 1 für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage, insbesondere für ein Niederverbrauchsfahrzeug, mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren 2 und zwischen den Flachrohren 2 angeordneten Rippenpaketen 3 weist elektrisch betriebene Heizelemente 4 als eine Zusatzheizung auf, die bei Bedarf zugeschaltet werden kann. Hierbei sind eine Mehrzahl einzelner Heizelemente 4 nach dem Löten von der Luftabströmseite des Wärmetauschers her jeweils zwischen benachbarte, überstehende Rippenpakete 3 eingeschoben, wobei jedes Heizelement 4 hierfür U-förmig ausgebildet ist. Jede Reihe von Flachrohren 2 wird mit einem Heizelement 4 bestückt.

Die Heizelemente 4, deren Aufbau in Fig. 1 verdeutlicht ist, weisen eine Heizleiterschicht 5, gebildet durch eine Edelstahlschicht, eine Klebeschicht 6, gebildet durch eine klebende Beschichtung der nachfolgenden Isolationsschicht 7, die aus einer Polyester-Folie gebildet ist, und einer hieran anschließenden Wärmeleit- und Schutzschicht 8, die durch eine Aluminiumschicht gebildet ist. Die Herstellung des flächigen Verbundes der einzelnen Schichten erfolgt vorliegend mittels Laminierens, weshalb auf das Heizelement 4 auch als Laminat Bezug genommen werden kann. Nach dem Laminieren ist ein Stanz-Biegeprozess vorgesehen, während dessen die Heizelemente 4 ausgebildet werden, wobei sie einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt erhalten, so dass die Flanken im eingebauten Zustand an den überstehenden Rippenpaketen 3 anliegen. Das Ausschneiden kann jedoch auch auf andere Weise als mittels Stanzen erfolgen, beispielsweise mittels eines Lasers.

Die Heizleiterschicht 5 weist vorliegend eine Dicke von ca. 0,15 mm auf, wobei die Dicke der Heizleiterschicht 5 so gewählt ist, dass der elektrische Gesamtwiderstand bei der angelegten Spannung U (in der Regel 13V) und der gewählten elektrischen Schaltung der einzelnen Heizelemente die gewünschte Heizleistung (P=U²/R) ergibt. Aus fertigungstechnischen Gründen wird die elektrische Schaltung und die Heizleiterschicht z.B. mittels Ausnehmungen so gewählt bzw. gestaltet, dass sich der gewünschte Gesamtwiderstand bei Dicken von 0,1 bis 0,25 mm ergibt.

Die Isolationsschicht 7 weist eine Dicke von ca. 25 µm auf, so dass eine zuverlässige Isolation, aber auch ein guter Wärmedurchgang gewährleistet ist. Die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 weist eine Dicke von ca. 100 µm auf, welche umformungstechnisch keine Probleme bereitet und auch in Hinblick auf die Schutzfunktion ausreichend ist.

Um die Heizelemente 4, insbesondere die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 sowie die Isolationsschicht 7, beim Einschieben zu schützen, sind an den überstehenden Rippenpaketen 3 Einführschrägen vorgesehen (siehe Fig. 2). Diese Einführschrägen können beispielsweise durch einen Umformvorgang vor dem Löten des Heizkörperblockes oder aber auch danach angebracht werden, wofür beispielsweise ein spezielles Umformwerkzeug in Einführrichtung der Heizelemente 4 zwischen die jeweiligen Rippenpakete 3 eingeführt wird, so dass die Ecken der einzelnen Rippenpakete 3 umgeformt und dadurch abgeschrägt werden.

Auf Grund des Einsatzes von Edelstahl weist das Heizelement 4 bei einer Verformung eine gewisse Federkraft auf, welche dazu verwendet wird, die Heizelemente 4 zwischen den Rippenpaketen 3 in möglichst großflächiger Anlage zu halten (kraftschlüssige Verbindung). Hierbei ist die Heizleiterschicht 5 innen und die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 außen angeordnet. Figuren 3 und 4 zeigen einen Schnitt durch die Rippen der überstehenden Rippenpakete 3 und ein Heizelement 4 senkrecht zur Strömungsrichtung der Luft. In Fig. 4 ist hierbei der Wärmestrom durch die Isolationsschicht 7 und die Wärmefokusierung in der Wärmeleit- und Schutzschicht 8 mittels Pfeilen verdeutlicht.

Je nach elektrischem Widerstand, Bordnetzspannung und gewünschter elektrischer Heizleistung können die einzelnen Heizelemente 4 in hier nicht näher dargestellter Weise durch Parallel- und/oder Serienschaltung über Verbindungsstege verbunden werden. Zur Leistungsregelung wird ein Pulsweiten-Modulationsverfahren verwendet, jedoch sind auch andere Verfahren zur Leistungsregelung möglich.

Die einzelnen Heizelemente 4 sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie aus den Figuren 5a bis 5d ersichtlich ist, mittels Verbindungsstegen 11 und Hilfs-Verbindungsstegen 12 verbunden, so dass man die Heizelemente 4 auch als Heizstränge eines Heizgitters 13, bestehend aus einer Mehrzahl von Heizelementen 4, Verbindungsstegen 11 und Hilfs-Verbindungsstegen 12, bezeichnen kann. Hierbei zeigt Fig. 5a eine perspektivische Ansicht des Heizgitters 13, Fig. 5b einen vergrößert dargestellten Schnitt, wobei die Einführrichtung, wie auch in Fig. 5a und 5c, durch einen Pfeil dargestellt ist, Fig. 5c einen Fig. 5b entsprechenden Schnitt durch zwei Heizelemente 4 und Fig. 5d eine Draufsicht auf die Heizleiterschicht 5 des Heizgitters 13. Wie insbesondere aus Fig. 5a ersichtlich ist, ist die Anordnung der Heizelemente 4 und Verbindungsstege 11 mäanderartig, wobei auf der einem Verbindungssteg 11 gegenüberliegenden Seite zur Erhöhung der Festigkeit des Heizgitters 13 ein Hilfs-Verbindungssteg 12 vorgesehen ist, der während oder nach erfolgtem Einbau durchtrennt wird.

Um die wärmeerzeugenden Bereiche der Heizelemente 4 optimiert im Bereich der Rippenpakete 3 anzuordnen und um die Anpresskraft der Flanken der U-förmigen Heizelemente an die Rippenpakete auf einen optimalen Wert zu bringen, sind Ausstanzungen, die vorliegend kreisförmig ausgebildet sind, in der Heizleiterschicht 5 im benachbart zu den Flachrohren 2 angeordneten Bereich vorgesehen. Anstelle von kreisförmigen Ausstanzungen können auch sich in Längsrichtung der Heizelemente erstreckende Ausstanzungen oder Aussparungen vorgesehen sein.

Auch die Flanken der Heizelemente können Ausnehmungen aufweisen, wie in den Figuren 13a und 13b anhand zweier weiterer Ausführungsbeispiele dargestellt ist. Gemäß dem in Fig. 13a dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Heizelement, vorliegend aus Edelstahl 1.4301, selbst eine mäanderartige Struktur auf, wodurch der Widerstand des einzelnen Heizelements vergrößert wird. Gemäß dem in Fig. 13b dargestellten Ausführungsbeispiel, das bevorzugt wird, wird der Stromfluss und damit die Wärmeentwicklung weniger durch den Boden des U-förmigen Halteelements geleitet, so dass ein geringerer Wärmeeintrag ins Kühlmittel erfolgt. Auf dem Heizelement ist eine polyesterkaschierte Aluminiumfolie aufgebracht.

Gemäß einem weiteren, nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine planierte und entsprechend umgeformte Streckmetallstruktur vorgesehen, bei der durch einen speziellen Schnitt des Metall-Bandmaterials und gleichzeitiger Streckung rautenförmige Maschen mit entsprechenden Stegen für die Stromleitung entstehen. Durch die Wahl der Maschenparameter kann hierbei der elektrische Widerstand in weiten Grenzen eingestellt werden.

Die Figuren 13c bis 13e zeigen, wie durch die Anordnung von Ausstanzungen der Weg des Stromflusses verlängert werden kann, so zeigt Fig. 13c einen hohen elektrischen Widerstand, Fig. 13d einen mittleren elektrischen Widerstand und Fig. 13e einen relativ geringen elektrischen Widerstand.

Zum Schutz gegen eine Überhitzung ist im Stromkreis eine Lücke 21 vorgesehen, die mittels eines Sicherungselements (insbesondere Schmelzsicherung, nicht dargestellt) überbrückt wird, das den Stromkreis bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenztemperatur unterbricht.

Gemäß einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels ist zur zusätzlichen Sicherung der Heizelemente 4 am Wärmetauscher 1 ein temperaturbeständiger Klebstoff vorgesehen.

Fig. 6 zeigt einen Wärmetauscher 1 mit montierter und elektrisch kontaktierter Zusatzheizung, welche durch mäanderartig angeordnete Heizelemente 4 gebildet ist. Zur elektrischen Kontaktierung sind Kontaktfahnen 31 für einen Steckkontakt eines Heizkörper-seitigen, nicht näher ausgeführten Steckers an einer Schmalseite des Wärmetauschers 1 vorgesehen. Die im vorliegenden Beispiel vorhandenen vier Kontaktfahnen 31 sind einstückig mit Kontaktleitern 32 ausgebildet, die Kontaktfahnen 33 zum Kontakt mit den Heizelementen 4 aufweisen. Bevorzugt sind mindestens zwei Kontaktleiter 32 vorgesehen, wobei einer davon als Masseschiene 32a ausgebildet ist, der bei Vorhandensein mehrerer Heizgitter auch mehrere Kontaktfahnen 33 besitzt. Der Masse-Kontaktleiter 32a hat eine zusätzliche elektrisch leitende Verbindung 34 als Potentialausgleich zum Wärmetauscherblock. Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch die Kontaktstelle von Kontaktfahne 33 und Heizelement 4. Hierbei sind die Abmessungen der Kontaktfahne 33 auf den freien Zwischenraum im U-förmigen Bereich der Heizelemente 4 abgestimmt. Diese Kontaktfahne 33 kann Federelemente (nicht dargestellt) zur Sicherstellung eines zuverlässigen Kontakts aufweisen.

Anstelle eines Steckkontakts kann auch eine andere Kontaktierung vorgesehen sein, beispielsweise Federzungen, Schrauben oder Niete. Ebenso kann auch ein Verschweißen, Verlöten oder Verkleben für eine elektrische Kontaktierung des Heizgitters mit der Stromversorgung vorgesehen sein, wobei Kontaktelemente, insbesondere Kontaktbleche einstückig mit dem Heizgitter oder getrennt hiervon ausgebildet sein können. Ein Beispiel einer alternativen Kontaktierung bei einem anderen Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 12. Eine entsprechende Werkstoffauswahl für die Kontaktfahnen und/oder Beschichtung, z.B. Verzinnung, Versilberung, verbessert die Leitfähigkeit und damit den Kontakt. Die Kontaktfahnen können am Kontaktleiter auch befestigt sein, beispielsweise mittels einer Lötverbindung, Schweißverbindung oder Crimp- oder Nietverbindung. Der Kontaktleiter kann auch eine bauliche Einheit mit Elementen zur Befestigung am Wärmetauscher bilden, wofür beispielsweise Clipse vorgesehen sein können. Zu diesem Zweck können alle Kontaktleiter von einem nicht dargestellten Kunststoffteil umspritzt sein, das die einzelnen Kontaktleiter in ihrer relativen Position hält, Clipselemente umfasst und gleichzeitig das Gehäuse eines Steckers bildet.

Fig. 8a zeigt das zweite Ausführungsbeispiel gemäß dem eine Mehrzahl von einzeln ausgebildeten Heizelementen 4 miteinander entsprechend verbunden sind. Hierbei ist eine Doppel-T-förmige Edelstahl-Heizplatine als Heizleiterschicht 5 vorgesehen (siehe Fig. 8b), welche eine Mehrzahl von kreisförmigen Ausstanzungen aufweist, die entlang der Längsachse angeordnet sind. Eine rechteckig ausgestanzte oder -geschnittene Isolier- und Schutzfolie, die aus einer Isolationsschicht und einer Wärmeleit- und Schutzschicht besteht, wird auf diese Heizplatine auflaminiert. In Folge der Form der Heizplatine sind Fahnen 41 vorgesehen, die zur Bildung von Anschlussflächen entsprechend Fig. 12 oder Verbindungsstegen parallel geschalteter Heizelemente 4 oder zur Bildung einer Überhitzungssicherung 42 verwendet werden können, wie in den Figuren 9 und 10 dargestellt. Das Vorsehen von Überhitzungssicherungen 42 ist insbesondere dann sinnvoll, wenn keine Luft über den Wärmetauscher 1 strömt, kein Wasser oder Wassergemisch durch die Flachrohre 2 strömt, insbesondere wenn sich kein Wasser im Wärmetauscher 1 (Heizkörper) befindet und eine sehr hohe elektrische Heizleistung gefordert wird. Die Überhitzungssicherung 42 wird vorliegend durch eine thermisch auslösende Schmelzsicherung gebildet, wobei die beiden Fahnen 41 benachbarter Heizelemente 4 mittels eines Weichlots oder eines eutektischen Lots miteinander verlötet werden. Hierzu werden die Heizelemente 4 elastisch verformt, so dass bei einer Überhitzung und eines damit verbundenen Lösens der Lötverbindung sich die Heizelemente 4 wieder zurückverformen und die Fahnen 41 außer Kontakt gelangen, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird. Durch Wahl des Lots, die Eigenerwärmung auf Grund der Stromdichte und die thermische Anbindung an den Heizsteg lässt sich die Grenztemperatur festlegen, bei der der Stromkreis unterbrochen wird, vorliegend liegt diese bei ca. 150°C. An der Lötstelle stellt sich beim Betrieb eine Gleichgewichtstemperatur ein, bei der die erzeugte Verlustwärme und die an die vorbeiströmende Luft und den Heizsteg abgeführte Wärme im Gleichgewicht stehen. Kann nicht mehr ausreichend Wärme an die vorbeiströmende Luft abgegeben werden, so steigt die Temperatur an der Lötstelle und bei Überschreiten der Grenztemperatur löst sich die Lötverbindung, d.h. die Überhitzungssicherung 42 spricht an, so dass in Folge der Unterbrechung des Stromkreis die elektrische Zusatzheizung automatisch gestoppt wird, so dass eine Überhitzung der Heizelemente 4 oder auch anderer im Bereich des Wärmetauschers 1 oder den nachfolgenden Luftkanälen angeordneten Elemente vermieden werden kann.

In den Figuren 11 a und 11 b ist dargestellt, wie die Auslösetemperatur der Überhitzungssicherung 42 durch Variation des leitenden Querschnitts im Bereich der Schmelzlotverbindung auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann. Die anderen Verbindungen dienen insbesondere der festen Verbindung der einzelnen Heizelemente 4, so dass aus den einzelnen Heizelementen 4 ein Heizgitter gebildet wird, entsprechend dem des ersten Ausführungsbeispiels, jedoch mit einer Parallelschaltung je zweier Heizelemente. Ein derartig zusammenhängendes Heizgitter ist einfacher zu montieren, da nicht einzelne Heizelemente positioniert und kontaktiert werden müssen. Ferner lassen sich auf einfache Weise Parallelschaltungen und Serienschaltungen von Heizelementen verwirklichen.

Die Verbindung mit dem elektrischen Kontaktelement kann, wie zuvor dargestellt oder wie in Fig. 12 dargestellt über Lötstellen 51 erfolgen, die gleichzeitig als Überhitzungssicherungen dienen können.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Isolationsschicht 7 bereits durch eine selbstklebende Beschichtung einer Aluminiumfolie, welche die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 bildet, zur Verfügung gestellt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, für das wiederum auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen wird, ist ein Heizelement 4 durch eine Stromzuführungsschicht 5 (erste Elektrode), gebildet durch ein Stahl-Heizgitter, eine Klebeschicht 6, gebildet durch eine klebende Beschichtung der nachfolgenden Polymer-PTC-Schicht 7, die aus einem Polymer-PTC-Material mit einem definierten spezifischen Widerstand gebildet ist, und eine hieran anschließenden Masse-, Wärmeleit- und Schutzschicht 8, die durch eine Aluminiumschicht (zweite Elektrode) gebildet ist, gebildet. Die Herstellung erfolgt entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsbeispielen dient die von den Rippenpaketen 3 entfernteste Schicht nur bedingt der Wärmeerzeugung, sondern vielmehr der Stromzuführung und -verteilung, so dass der Strom gleichmäßig durch die Klebeschicht 6 und insbesondere die Polymer-PTC-Schicht 7, welche der Wärmeerzeugung dient, strömt und über die Wärmeleit- und Schutzschicht 8 (zweite Elektrode) abgeleitet wird. In diesem Fall müssen auch die Klebeschichten in ausreichendem Maße elektrisch leitend sein, was z.B. durch Zumischen von Leitruß oder anderer elektrisch leitfähiger Partikel erreicht werden kann. Auch andere Haftverbindungstechniken zwischen den Metallschichten und der Polymer-PTC-Schicht sind denkbar. Auf Grund des PTC-Widerstandsverhaltens (positive temperature coefficient) der Polymer-PTC-Schicht 7 hat das so gebildete Heizgitter 13 eine ausreichende Eigensicherheit, so dass keine Überhitzungssicherung erforderlich ist.

Prinzipiell ist der Aufbau sämtlicher voriger Ausführungsbeispiele möglich, jedoch ist die elektrische Kontaktierung auf das andersartige Stromleitverhalten anzupassen. Der Wärmetauscher 1 liegt hierbei bevorzugt auf dem Massepotential, wie auch bei sämtlichen vorigen Ausführungsbeispielen.

Die Figuren 14a bis 14c zeigen ein aus Einzelelementen gebildetes Heizgitter mit serieller Schaltung je zweier parallel geschalteter Heizelemente zur Anpassung des elektrischen Widerstandes. Hierbei sind an den Übergängen zwischen den einzelnen Heizelementen Lötstellen als Schmelzsicherungen (Überhitzungssicherung 42) vorgesehen, wobei prinzipiell eine einzige Schmelzsicherung ausreichen würde. Zur elektrischen Kontaktierung sind Kontaktplatten an den Enden vorgesehen, in der Fig. 14c durch "+" und das Erde-Symbol dargestellt. Beliebige andere Verschaltungen, z.B. die Verschaltung aller Heizelemente 4 in Reihe oder die Parallelschaltung aller Heizelemente 4, sind möglich.

Zur Entfernung von Graten, die zwangsläufig beim Stanzen der Platinen entstehen und eventuell zu ungewollten elektrischen Verbindungen zwischen den beiden elektrisch leitenden Schichten führen können, werden die Heizelemente nach dem Stanzen vor oder nach dem Umformen und Verbinden zu einem Heizgitter entgratet, wofür - Bezug nehmend auf das erste Ausführungsbeispiel und Figuren 15a bis 15c - zwischen der Heizleiterschicht 5 und der Wärmeleit- und Schutzschicht 8 eine gepulste, über die Zeit ansteigende Spannung angelegt wird, so dass sich bei Erreichen einer ausreichend großen Spannung sich Lichtbögen an den kritischen Stellen zwischen den beiden Schichten ausbilden und in Folge der hierbei entstehenden Wärme die Grate abbrennen (oxidieren und/oder verdampfen). Da die Pulse zeitlich begrenzt sind, kann die Wärmeentwicklung und der Wärmeeintrag, insbesondere in die temperaturempfindliche dazwischenliegende Polymer-Schicht begrenzt werden, so dass diese nicht beschädigt wird. Durch den Abbrennvorgang kann rundherum ein Mindestabstand zwischen den elektrisch leitenden Schichten sichergestellt werden.

Um den Mindestabstand langfristig, auch in Hinblick auf mögliche Beschädigungen, sicherzustellen, erfolgt nach dem Entgraten ein Versiegeln der entgrateten Schnittkanten (siehe Fig. 15c). Hierfür werden die Schnittkanten mit einem isolierenden Polymer (Versiegelung 61) versehen, das nach dem Auftragen aushärtet.

Anschließend werden die einzelnen Heizelemente umgeformt und zu einem Heizgitter verbunden.

Entgraten und Versiegeln können auch die letzten Schritte nach dem Umformen bilden.

Das zuvor beschriebene Verfahren zum Entgraten und Versiegeln kann bei sämtlichen zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden, wobei auch ein Entgraten einzelner bereits gestanzter Elemente vor dem Laminieren erfolgen kann.

Gemäß einer in Fig. 16a dargestellten Variante, bei der das Laminieren der Heizleiterschicht mit den anderen Schichten erst nach dem Stanzvorgang erfolgt, stehen die Isolationsschicht und die Wärmeleit- und Schutzschicht über die Heizleiterschicht zumindest bereichsweise über, so dass auf Grund der überstehenden Isolationsschicht ein Kurzschluss ausgeschlossen ist.

Steht jedoch die Heizleiterschicht über die Isolationsschicht und die entsprechend der Isolationsschicht ausgebildeten Wärmeleit- und Schutzschicht über, so kann der Abstand zwischen den beiden leitenden Schichten nicht ausreichen, um einen Kurzschluss sicher zu vermeiden. In diesem Fall ist bevorzugt, wie in Fig. 16b dargestellt, eine Versiegelung 61 vorgesehen.

In den Figuren 17a und 17b erfolgt nach dem Laminieren ein Freiätzen eines Bereichs (in Fig. 17a von einer gestrichelten Linie umgeben), in welchem später ein Trennen mittels Stanzen erfolgt, wie in Fig. 17b dargestellt. Hierbei wird lediglich eine der elektrisch gut leitenden Schichten, vorliegend die Heizleiterschicht, in einem relativ kleinen und begrenzten Bereich entfernt, wobei die Isolationsschicht unbeschädigt bleibt. Die Breite des Bereichs ist dabei derart bemessen, dass sichergestellt werden kann, dass der Stanzschnitt in diesem Bereich verläuft und nach erfolgtem Schnitt ein Kurzschluss auf Grund eines durch das Stanzen vorhandenen Grates zwischen den beiden gut elektrisch leitenden Schichten sicher ausgeschlossen ist.

In Fig. 18 ist ein Heizelement 4 bestehend aus einem Stahlelement (Wärmeleitelement 8) und einem hierauf aufgesiegelten Verbund (Heizleiterschicht 5 und Isolationsschicht 7) vorgesehen. Um einen Kurzschluss zu verhindern, sind die Endbereiche 71 des Verbunds umgeschlagen, wobei die Isolationsschicht 7 außen zu liegen kommt, wodurch die Heizleiterschicht 5, welche auf Masse liegt, in diesen Endbereichen 71 verdeckt wird.

Die einzelnen Heizelemente 4 können mittels Kleben am Wärmetauscher 1 fixiert sein. gemäß einem in den Figuren 19 bis 21 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist zur Fixierung der Heizelemente 4 am Wärmetauscher 1 ein Kunststoff-Halteelement 81 vorgesehen, welches über den Wärmetauscher 1 geschoben ist und die Fixierung über die Kontaktbleche 82 der Heizelemente 4 ermöglicht. Hierbei clipsen die Kontaktbleche 82 in das Halteelement 81 ein. Zudem wird eine Entlastung der Heizelemente 4 gegen Druck und Zug ermöglicht, da ein Großteil der Kräfte vom Halteelement 81 aufgenommen wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind an den miteinander verbundenen Enden der Heizelemente 4 elektrisch gut leitende Strombänder 91 vorgesehen, um die Stromdichte in diesen Bereichen, die nur unwesentlich der Erwärmung der Rippenpakete 3 dienen, zu reduzieren. Die Herstellung kann, wie in Fig. 22a dargestellt, mittels durchgehenden Strombändern 91 erfolgen, die anschließend durchtrennt werden. Die An- - oder bei entsprechender Ausgestaltung - Einbringung der Strombänder 91, vorliegend gebildet durch flexible Kupferbänder, kann mittels Vernieten, Verlöten, Verkleben, Verpressen oder auf sonstige Weise erfolgen, wobei die An- oder Einbringung vor oder nach dem Biegen der Heizelemente 4 erfolgen kann. Direkt in eines oder beide Strombänder 91 integriert kann eine Überhitzungssicherung 42 zum Schutz vor Überhitzung integriert sein. Eine Detaildarstellung ist in Fig. 23c zu sehen.

In Fig. 22b ist ein Stromband 91 dargestellt, das nur teilweise zwischen zwei benachbarte Heizelemente 4 ragt, jedoch den einzigen elektrischen Kontakt zwischen denselben darstellt (Anbringung des Strombandes 91 nach der Umformung). In Fig. 22c ragt das Stromband 91 bis ganz in die in Folge der Umformung entstandene Nut hinein (insbesondere bei einer Anbringung des Strombandes 91 vor der Umformung). Die einzelnen benachbarten Heizelemente 4 können überlappende Endbereiche (Fig. 22d), auf Stoß angeordnete Endbereiche (Fig. 22e) oder voneinander beanstandete Endbereiche (Fig. 22f) aufweisen. In Fig. 22g ist eine mechanische Fixierung mittels Umformens des Strombandes 91 dargestellt, wobei Material vom Stromband 91 durch Öffnungen in den Heizelementen 4 gedrückt ist. In Fig. 22h ist eine gelötete oder geschweißte Verbindung von Stromband 91 und Heizelementen 4 dargestellt. Die Ausgestaltung der Heizelemente 4 entspricht der in Fig. 18 dargestellten, d.h. um einen Kurzschluss zu verhindern, sind die Endbereiche 71 des Verbunds (Aluminium-/Isolations-Folie) bestehend aus Heizleiter- und Isolationsschicht 5 bzw. 7 umgeschlagen, wobei die Isolationsschicht 7 außen zu liegen kommt, wodurch die Heizleiterschicht 5, welche auf Masse liegt, in diesen Endbereichen 71 verdeckt wird. Das Stromband 91 (Kupferband) kontaktiert somit ausschließlich das Wärmeleitelement 8 (in Fig. 22g und 22h als Stahl-Heizelement bezeichnet).

Zur Verhinderung zu hoher Temperaturen auf dem Heizgitter sind als Schmelzsicherungen ausgebildete Überhitzungssicherungen 42 vorgesehen, vorliegend je Heizregister eine.

In Fig. 23a ist die Anbringung eines Heizregisters an einem der beiden Kontaktbleche, welches aus Federstahl besteht, dargestellt, wobei die Anbringung bereits bei der Anbindung des Heizregisters unter Vorspannung und mit Hilfe von niederschmelzendem Lot erfolgt.

Fig. 23b zeigt eine entsprechende Ausgestaltung der Überhitzungssicherung 42, jedoch in diesem Fall direkt zwischen zwei Heizregistern. Fig. 23c zeigt die Verwendung eines Strombandes 91 mit gezielter Querschnittsverringerung, welche als Überhitzungssicherung 42 dient. An der Engstelle wird die Temperatur bei entsprechendem Stromfluss stark erhöht, so dass bei einem zu großen Temperaturanstieg diese Stelle durchschmilzt und den Stromkreis unterbricht.

1

Wärmetauscher

2

Flachrohr

3

Rippenpaket

4

Heizelement

5

Heizleiterschicht, Stromzuführungsschicht

6

Klebeschicht

7

Isolationsschicht, Polymer-PTC-Schicht

8

Wärmeleit- und Schutzschicht

11

Verbindungssteg

12

Hilfs-Verbindungssteg

13

Heizgitter

21

Lücke

31

Kontaktfahne

32

Kontaktleiter

32a

Masseschiene

33

Kontaktfahne

34

Verbindung

41

Fahnen

42

Überhitzungssicherung

51

Lötstelle

61

Versiegelung

71

Endbereich

81

Halteelement

82

Kontaktbleche

91

Stromband