[0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1, eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10 und ein Verfahren
zur Herstellung eines Wärmeübertragers oder einer Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 11.
[0002] Kraftfahrzeugklimaanlagen dienen dazu, die dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges zuzuführende
Luft zu erwärmen und/oder zu kühlen, In Kraftfahrzeugklimaanlagen werden Wärmeübertrager
als elektrische Heizeinrichtungen eingesetzt, um die Luft zu erwärmen, welche dem
Innenraum zugeführt wird. Die elektrische Heizeinrichtung umfasst PTC-Elemente. PTC-Elemente
(PTC: Positive Temperature Coefficient) sind Strom leitende Materialien, die einen
elektrischen Widerstand aufweisen und bei tieferen Temperaturen den Strom besser leiten
können als bei höheren Temperaturen. Ihr elektrischer Widerstand vergrößert sich somit
bei steigender Temperatur. Das PTC-Element besteht im Allgemeinen aus Keramik und
ist ein Kaltleiter. Dadurch stellt sich unabhängig von den Randbedingungen - wie z.
B. angelegte Spannung, Nominalwiderstand oder Luftmenge an dem PTC-Element - eine
sehr gleichmäßige Oberflächentemperatur am PTC-Element ein. Eine Überhitzung kann
verhindert werden wie sie z. B. mit einem normalen Wärme abgebenden Heizdraht auftreten
könnte, da hier unabhängig von den Randbedingungen immer ungefähr der gleiche Widerstand
und dadurch eine im Wesentlichen identische elektrische Heizleistung aufgebracht wird.
[0003] Der Wärmeübertrager umfasst PTC-Elemente, wenigstens zwei elektrische Leiter mittels
denen elektrischer Strom durch das PTC-Element geleitet wird und Wärmeleitelemente,
insbesondere Lamellen bzw. Wellrippen, mittels denen die Oberfläche zum Erwärmen der
Luft vergrößert wird. In zunehmenden Maße werden Kraftfahrzeuge hergestellt, welche
über einen ausschließlichen elektrischen Antrieb oder über einen Hybridantrieb verfügen.
Kraftfahrzeugklimaanlagen für diese Kraftfahrzeuge verfügen im Allgemeinen nicht mehr
über einen Wärmeaustauscher zum Erwärmen der Luft, der von Kühlflüssigkeit durchströmt
wird. Die gesamte Heizleistung der Kraftfahrzeugklimaanlage muss deshalb von der elektrischen
Heizeinrichtung bzw. den PTC-Elementen aufgebracht werden. Aus diesem Grund ist es
erforderlich, die PTC-Elemente auch mit Hochspannung, z. B. im Bereich von 50 bis
600 Volt anstelle von Niederspannung mit 12 Volt, zu betreiben. Hochspannung in einer
Kraftfahrzeugklimaanlage stellt jedoch ein Sicherheitsproblem dar, weil beispielsweise
durch eine menschliche Berührung von unter Hochspannung stehenden Teilen dem Menschen
von der Hochspannung gesundheitlicher Schaden zugefügt werden kann.
[0004] Die
US 4 327 282 zeigt einen Wärmeübertrager mit einem PTC-Heizelement. Mittels Kontaktplatten wird
Strom durch das PTC-Heizelement geleitet und an den Kontaktplatten ist eine Isolierschicht
angeordnet. Die Komponenten werden mittels eines U-förmigen Clipses zusammengehalten.
[0005] Aus der
EP 1 768 458 A1 ist ein Wärme erzeugendes Element einer Heizvorrichtung zur Lufterwärmung bekannt,
umfassend wenigstens ein PTC-Element und an gegenüberliegenden Seitenflächen des PTC-Elementes
anliegende elektrische Leiterbahnen, wobei die beiden elektrischen Leiterbahnen außenseitig
von einer nicht elektrisch leitenden Isolierschicht umgeben sind.
[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Wärmeübertrager
und eine Kraftfahrzeugklimaanlage sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers
und einer Kraftfahrzeugklimaanlage zur Verfügung zu stellen, bei dem ein mit elektrischen
Strom unter Hochspannung, z. B. mehr als 50 V, betriebener Wärmeübertrager ohne Gefährdung
für die Umwelt, insbesondere Menschen, betrieben werden kann. Der Wärmeübertrager
und die Kraftfahrzeugklimaanlage sollen in der Herstellung preiswert sein zuverlässig
im Betrieb arbeiten.
[0007] Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Wärmeübertrager, umfassend wenigstens ein elektrisches
Widerstandsheizelement, insbesondere wenigstens ein PTC-Element, wenigstens zwei mit
dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement elektrisch leitend verbundene
Leiter, insbesondere Leiterplatten, um elektrischen Strom durch das wenigstens eine
elektrische Widerstandsheizelement zu leiten und dadurch das elektrische Widerstandsheizelement
zu erwärmen, wenigstens ein Wärmeleitelement zur Übertragung von Wärme von dem wenigstens
einen elektrischen Widerstandsheizelement auf ein zu erwärmendes Fluid, wenigstens
ein elektrisches Isolierelement, welches die wenigstens zwei Leiter elektrisch isoliert,
vorzugsweise von dem wenigstens einen Wärmeleitelement, wobei die wenigstens zwei
Leiter und/oder das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement in wenigstens
einem von wenigstens einer Hohlraumwandung begrenzten Hohlraum angeordnet ist und
das wenigstens eine elektrische Isolierelement wenigstens eine Formdichtung ist, wobei
die wenigstens eine Hohlraumwandung als wenigstens ein geschlossenes Rohr mit wenigstens
zwei Fügestellen im Querschnitt ausgebildet ist und vorzugsweise das wenigstens eine
Rohr wenigstens zwei Rohrteile umfasst.
[0008] Insbesondere sind die wenigstens zwei Fügestellen mittels einer Vorspannkraft, z.
B. durch Clipse, und/oder einer Verbördelung und/oder einer Verklebung und/oder einer
Verschweißung und/oder einer Verlötung der wenigstens zwei Rohrteile gebildet.
[0009] In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine Rohr durch je zwei im Querschnitt
U-förmige Halbschalen gebildet oder das wenigstens eine Rohr ist durch je eine Wanne
und Platte gebildet.
[0010] In einer ergänzenden Ausführungsform ist das wenigstens eine Rohr als wenigstens
ein Flachrohr mit zwei Breitseitenwandungen und zwei Schmalseitenwandungen ausgebildet.
[0011] Vorzugsweise ist die wenigstens eine Formdichtung zwischen je einer Wandung des wenigstens
einen Rohres und einem Leiter angeordnet, so dass die wenigstens zwei Leiter bezüglich
des wenigstens einen Rohres elektrisch isoliert sind.
[0012] In einer Variante sind in dem Hohlraum zwei, vorzugsweise im Wesentlichen rechteckförmige,
Formdichtungen angeordnet oder die wenigstens eine Formdichtung ist in dem Hohlraum
als ein Schlauch, insbesondere Schrumpfschlauch, ausgebildet
[0013] Zweckmäßig ist die wenigstens eine Formdichtung elastisch und/oder die wenigstens
eine Formdichtung besteht wenigstens teilweise aus Silikon oder Kunststoff oder Gummi
und/oder die wenigstens eine Formdichtung ist mit dem wenigstens einen Rohr kraft-
und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden und/oder die wenigstens eine Formdichtung
ist eine Folie.
[0014] In einer weiteren Ausführungsform umfasst die wenigstens eine Formdichtung wärmeübertragende
oder wärmeleitende Partikel, z. B. Aluminiumoxid und/oder Siliziumkarbid und/oder
Bornitrid, und/oder das wenigstens eine Rohr ist von einer ersten, z. B. oberen, Deckplatte
an einem ersten Ende, insbesondere fluiddicht, verschlossen und/oder das wenigstens
eine Rohr ist von einer zweiten, z. B. unteren, Deckplatte an einem zweiten Ende,
insbesondere fluiddicht, verschlossen.
[0015] Insbesondere sind das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement, die wenigstens
zwei Leiter und die wenigstens eine Formdichtung zu wenigstens einem Heizverbund verbunden,
welches oder welche innerhalb des wenigstens einen Rohres angeordnet ist oder sind
und vorzugsweise bilden mehrere Rohre mit je einem Heizverbund und mit zwischen den
Rohren angeordneten Wellrippen den Wärmeübertrager, wobei, insbesondere mittels eines
Spannrahmens oder einer Feder, auf die Wandungen des wenigstens einen Rohres, insbesondere
die Breitseitenwandungen des wenigstens einen Flachrohres, eine Druckkraft aufgebracht
ist, so dass aufgrund der Druckkraft der Heizverbund kraftschlüssig an den beiden
Wandungen, insbesondere Breitseitenwandungen, befestigt, insbesondere eingeklemmt,
ist.
[0016] Eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage umfasst wenigstens einen in dieser
Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Wärmeübertrager
[0017] Erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers oder einer Kraftfahrzeugklimaanlage,
insbesondere eines in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Wärmeübertragers
oder einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen Kraftfahrzeugklimaanlage,
mit den Schritten: zur Verfügung stellen wenigstens eines elektrischen Widerstandsheizelementes,
insbesondere wenigstens eines PTC-Elements, zur Verfügung stellen von wenigstens zwei
elektrischen Leitern, insbesondere Leiterplatten, zum Durchleiten von elektrischen
Strom durch das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement, zur Verfügung
stellen wenigstens eines Wärmeleitelements zur Übertragung von Wärme von dem wenigstens
einen elektrischen Widerstandsheizelement auf ein zu erwärmendes Fluid, zur Verfügung
stellen wenigstens eines elektrischen Isolierelementes als Formdichtung zum elektrischen
Isolieren des wenigstens einen Wärmeleitelements von den wenigstens zwei Leitern,
Verbinden der wenigstens zwei Leiter mit dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement,
thermisches Verbinden des wenigstens einen Wärmeleitelementes mit dem wenigstens einen
Leiter und/oder mit dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement, elektrisches
Isolieren der wenigstens zwei Leiter, vorzugsweise von dem wenigstens einen Wärmeleitelement,
mittels der wenigstens einen Formdichtung, indem die wenigstens zwei Leiter mit dem
wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement und die wenigstens eine Formdichtung
zu wenigstens einem Heizverbund verbunden werden, zur Verfügung stellen wenigstens
eines Rohres, wobei das wenigstens eine Wärmeleitelement wenigstens eine Hohlraumwandung
umfasst, welche oder welches wenigstens einen Hohlraum einschließt und die wenigstens
eine Hohlraumwandung als Wandung von dem wenigstens einen Rohr gebildet ist, wobei
das wenigstens eine Rohr aus wenigstens zwei Rohrteilen zur Verfügung gestellt wird
und die wenigstens zwei Rohrteile zu dem wenigstens einen Rohr verbunden werden.
[0018] In einer weiteren Ausgestaltung werden die wenigstens zwei Rohrteile mittels Clipsen,
Löten, Kleben oder Schweißen, insbesondere fluiddicht, verbunden.
[0019] In einer ergänzenden Variante wird der wenigstens eine Heizverbund vor dem Verbinden
der wenigstens zwei Rohrteile in den wenigstens einen Hohlraum eingebracht.
[0020] In einer weiteren Variante wird nach dem Einbringen des wenigstens einen Heizverbundes
in den wenigstens einen Hohlraum auf wenigstens eine Wandung des Rohres eine Kraft
aufgebracht, so dass der wenigstens eine Heizverbund zwischen zwei Wandungen des wenigstens
einen Rohres kraftschlüssig befestigt ist und ein unmittelbarer Kontakt zwischen den
zwei Wandungen und der Formdichtung des Heizverbundes hergestellt wird.
[0021] In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Formdichtung als ein Schrumpfschlauch
ausgebildet und der Schrumpfschlauch wird auf den wenigstens einen Heizverbund aufgeschrumpft,
indem der Schrumpfschlauch erwärmt wird.
[0022] In einer Variante umfasst das wenigstens eine Wärmeleitelement das wenigstens eine
Rohr und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement umfasst Wellrippen, welche außenseitig
an dem wenigstens einen Rohr, insbesondere mittels Löten oder Kleben, angeordnet sind
und/oder die wenigstens zwei Leiter weisen keinen unmittelbaren Kontakt zu dem wenigstens
einen Rohr auf.
[0023] Zweckmäßig besteht das wenigstens eine Wärmeleitelement, insbesondere das wenigstens
eine Rohr und/oder die Wellrippen, wenigstens teilweise, insbesondere vollständig,
aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl, oder Kunststoff bestehen.
[0024] Die wenigstens eine Formdichtung besteht aus einem elektrisch isolierenden und thermisch
leitfähigen Material. Aufgrund der geometrischen Anordnung der wenigstens einen Formdichtung
innerhalb des Wärmeübertragers sind die wenigstens zwei Leiter und das wenigstens
eine elektrische Widerstandsheizelement elektrisch isoliert. Die Formdichtung ist
in einem festen Aggregatzustand, d. h. nicht flüssig oder gasförmig, auch bei hohen
Temperaturen, z. B. 70°C oder 100°C.
[0025] In einer weiteren Ausgestaltung ist die wenigstens eine Formdichtung eine Folie bzw.
Isolationsfolie, z. B. eine Polyimide-Folie (Kapton-Folie), (elastisch) keramisch
gefüllte Folie oder eine (elastisch) keramisch gefüllte Silikonfolie.
[0026] In einer zusätzlichen Variante weist der Wärmeübertrager eine IP-Schutzklasse von
67 auf, so dass eine ausreichende Wasserdichtheit und Staubdichtheit vorhanden ist.
[0027] Ein geschlossenes Rohr ist ein Rohr, dessen Wandungen in einem Querschnitt vollständig
geschlossen sind.
[0028] In einer weiteren Ausgestaltung sind die Wellrippen und das wenigstens eine Rohr
mittels Kleben und/oder Löten und/oder kraftschlüssig unter Vorspannung miteinander
verbunden.
[0029] In einer weiteren Ausgestaltung weist die erste und/oder zweite Dichtplatte eine
Nut auf, in welche ein Ende des wenigstens einen Rohres angeordnet ist.
[0030] In einer weiteren Variante ist das wenigstens eine Rohr in der Nut mit einer Abdichtung,
z. B. einer, vorzugsweise elastischen Dichtung, oder einem Kleber, abgedichtet.
[0031] In einer weiteren Ausgestaltung wird bei dem Verkleinern des Volumens des wenigstens
einen Hohlraumes die wenigstens eine Formdichtung elastisch verformt aufgrund eines
Kontaktes zwischen der wenigstens einen Hohlraumwandung und der wenigstens einen Formdichtung
und durch die elastischen Kräfte der wenigstens einen Formdichtung nach der elastischen
Verformung die wenigstens eine Formdichtung kraftschlüssig mit wenigstens einer Wandung
des wenigstens einen Rohres verbunden, insbesondere die wird wenigstens eine Formdichtung
zwischen zwei Wandungen eingeklemmt.
[0032] In einer weiteren Ausgestaltung weist das wenigstens eine Wärmeleitelement und/oder
die wenigstens eine Formdichtung eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 1 W/mK, insbesondere
wenigstens 15 W/mK auf.
[0033] In einer weiteren Ausführungsform weist die wenigstens eine Formdichtung eine elektrische
Isolation von wenigstens 1 kV/mm, insbesondere wenigstens 25 kV/mm auf.
[0034] In einer Variante weist die wenigstens eine Formdichtung, vorzugsweise im Querschnitt,
eine Durchschlagfestigkeit von wenigstens 1 kV auf.
[0035] In einer weiteren Ausgestaltung weist die wenigstens eine Formdichtung eine Wärmeleitfähigkeit
von wenigstens 1 W/mK, insbesondere wenigstens 15 W/mK auf. Die wenigstens eine Formdichtung
kann damit einerseits gut elektrisch isolieren und kann andererseits ausreichend gut
die Wärme von dem elektrischen Widerstandsheizelement zu dem Wärmeleitelement oder
den Wärmeleitelementen leiten.
[0036] Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
- Fig. 1
- einen Querschnitt einer Kraftfahrzeugklimaanlage,
- Fig. 2
- eine perspektivische Ansicht eines Wärmeübertragers ohne Deckplatten bzw. mehrerer
Heizregister,
- Fig. 3
- eine Seitenansicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2,
- Fig. 4
- eine Draufsicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2,
- Fig. 5
- eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 mit Deckplatten ohne
Heizeinheiten,
- Fig. 6
- eine Explosionsdarstellung des Wärmeübertragers gemäß Fig. 5,
- Fig. 7
- einen Querschnitt eines Heizregisters,
- Fig. 8
- einen weiteren Querschnitt des Heizregisters gemäß Fig. 7,
- Fig. 9
- eine Explosionsdarstellung des Heizregisters,
- Fig. 10
- eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers ohne Deckplatten in einem ersten
Ausführungsbeispiel,
- Fig. 11
- eine perspektivische Ansicht des Wärmeübertragers ohne Deckplatten in einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
- Fig. 12
- einen Querschnitt zweier Halbschalen vor dem Fügen,
- Fig. 13
- einen Querschnitt der Halbschalen gemäß Fig. 12 mit einer Heizeinheit während des
Zusammenführens der Halbschalen,
- Fig. 14
- einen Querschnitt des Rohres gemäß Fig. 12 nach einem Zusammenfügen der Halbschalen
mit der Heizeinheit,
- Fig. 15
- eine perspektivische Ansicht des Rohres aus zwei Halbschalen mit Clipsen,
- Fig. 16
- eine Explosionsdarstellung einer Wanne und einer Platte vor dem Zusammenfügen zu dem
Rohr,
- Fig. 17
- einen Querschnitt des Rohres aus der Wanne und der Platte gemäß Fig. 16 nach dem Zusammenfügen,
- Fig. 18
- einen Längsschnitt des Heizregisters.
[0037] Fig. 1 zeigt eine Kraftfahrzeugklimaanlage 24. In einem Klimaanlagengehäuse 26 mit
einer Bodenwandung 27 und einem Austrittsabschnitt 29 ist ein Gebläse 25, ein Luftfilter
30, ein Kältemittelverdampfer 31 und ein Wärmeübertrager 1 als eine elektrische Heizeinrichtung
angeordnet. Das Klimaanlagengehäuse 26 bildet somit einen Kanal 35 zum Durchleiten
der Luft. Gehäusewandungen 28 des Klimaanlagengehäuses 26 weisen an der Innenseite
eine Oberfläche 36 auf, welche den Kanal 35 begrenzen. Die Luft für den Innenraum
eines Kraftfahrzeuges wird mittels des Gebläses 25 durch den Luftfilter 30, den Kältemittelverdampfer
31 sowie den Wärmeübertrager 1 geleitet.
[0038] Die Kraftfahrzeugklimaanlage 24 ist somit nicht mit einem von Kühlmittel durchströmten
Wärmeaustauscher versehen zum Erwärmen der durch die Kraftfahrzeuganlage 24 geleiteten
Luft. Die durch die Kraftfahrzeugklimaanlage 24 geleitete Luft wird ausschließlich
mittels des Wärmeübertrager 1 elektrisch erwärmt. Die Kraftfahrzeugklimaanlage 24
wird vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug mit ausschließlich elektrischem Antrieb oder
mit einem Hybridantrieb eingesetzt (nicht dargestellt). Um mittels des Wärmeübertragers
1 die notwendige elektrische Heizleistung zu erreichen, muss der Wärmeübertrager 1
mit Hochspannung, z. B. mit mehr als 50 Volt, beispielsweise mit 60 V oder 600 V,
betrieben werden, um keine zu großen Stromstärken und damit zu dicke Stromleitungen
(nicht dargestellt) zu erhalten.
[0039] In den Fig. 2 bis 18 sind Ausführungsbeispiele des Wärmeübertragers 1 für die Kraftfahrzeugklimaanlage
24 dargestellt. Ein als Flachrohr 13 ausgebildetes Rohr 18 aus Aluminium weist zwei
Breitseitenwandungen 20 und zwei Schmalseitenwandungen 21 (Fig. 8 und 14) auf. Die
Breiten- und Schmalseitenwandungen 20, 21 stellen dabei Hohlraumwandungen 17 dar,
welche einen Hohlraum 19 innerhalb des Rohres 18 einschließen. Die Breiten- und Schmalseitenwandungen
20, 21 des Rohres 18 sind somit Wandungen 16 des Rohres 18. Dabei weisen die Wandungen
16 bzw. Hohlraumwandungen 17 im Querschnitt zwei Fügestellen 38 (Fig. 8, 14 und 17)
auf. Das Rohr 18 ist zweiteilig aus zwei Rohrteilen 39 hergestellt.
[0040] Innerhalb des Flachrohres 13 sind zwei Formdichtungen 23 als elektrische Isolierelemente
22 angeordnet. Die beiden Formdichtungen 23 bestehen dabei aus elastischem Silikon.
Auf den beiden rechteckförmigen Formdichtungen 23 gemäß Fig. 7, 8, 12, 13, 14 und
16 liegen zwei Leiter 4, nämlich eine erste Leiterplatte 6 und eine zweite Leiterplatte
7, auf. Zwischen den beiden Leiterplatten 6, 7 sind drei als PTC-Elemente 3 ausgebildete
elektrische Widerstandsheizelemente 2 angeordnet. Die PTC-Elemente 3 sind dabei mit
den beiden Leiterplatten 6, 7 mit Klebstoff miteinander verbunden. An den beiden Leitern
4 ist jeweils eine elektrische Kontaktplatte 5 ausgebildet (Fig. 2 und 3). Der von
den Hohlraumwandungen 17 des Flachrohres 13 eingeschlossenen Hohlraum 19 ist im Bereich
der Schmalseitenwandungen 21 ein Leerraum 32, d. h. in dem Leerraum 32 ist lediglich
Luft (Fig. 8). Die Formdichtung 23 kann abweichend innerhalb eines Heizregisters 9
auch einteilig als Schlauch 34, insbesondere Schrumpfschlauch, ausgebildet sein (Fig.
9).
[0041] Dadurch sind die beiden Leiterplatten 6, 7 mit den dazwischen angeordneten drei PTC-Elementen
3 aufgrund der elektrischen Isolation der Formdichtungen 23 elektrisch isoliert. Die
elektrische Kontaktierung der beiden Leiterplatten 6, 7 erfolgt mittels nicht dargestellter
elektrischer Leitungen an den Kontaktplatten 5. Die beiden Leiterplatten 6, 7 mit
den drei PTC-Elementen 3 stellen dabei eine Heizeinheit 10 dar. Nach dem Anordnen
der beiden Formdichtungen 23 an der Heizeinheit 10 bilden diese einen Heizverbund
8. Nach dem Einbringen des Heizverbundes 8 in die Flachrohre 13 mit den Wellrippen
12 liegt ein Heizregister 9 bzw. der Wärmeübertrager 1 vor. Mehrere Heizregister 9
gemäß der Darstellung in Fig. 2, 10 und 11 können auch zu einem Wärmeübertrager 1
mit einer größeren Anzahl von Heizregistern 9 zueinander verbunden werden.
[0042] Die Netzhöhe H
N des Wärmeübertragers 1 gemäß der Darstellung in Fig. 3 beträgt ca. 50 bis 300 mm,
vorzugsweise 100 bis 200 mm und die Netzbreite B
N beträgt ca. 50 bis 300 mm, vorzugsweise 100 bis 200 mm. Die Querteilung Q, d. h.
der Abstand zwischen den Flachrohren 13 gemäß der Darstellung in Fig. 4, beträgt dabei
zwischen 5 und 30 mm, vorzugsweise 9 bis 18 mm und die Bautiefe T
N gemäß der Darstellung in Fig. 8 beträgt 6 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 40 mm. Die
Bautiefe T
R beträgt 10 bis 50 mm, vorzugsweise 10 bis 40 mm. Die Dicke D
E der Leiterplatten 6, 7 beträgt 0,2 bis 1,5 mm, die Dicke D
1 der Formdichtungen 23 0,1 bis 1,5 mm und die Breite B
R des Rohres 18 beträgt 2 bis 10 mm. Die Dicke D
Stein der PTC-Elemente 3 liegt im Bereich zwischen 0,8 bis 3 mm.
[0043] Zwischen den Flachrohren 13 sind Wellrippen 12 als Wärmeleitelemente 11 angeordnet
(Fig. 2, 3, 5, 10 und 11). Die Wellrippen 12 dienen dabei dazu, die Oberfläche des
Wärmeübertragers 1 zu vergrößern, um die von den PTC-Elementen 3 abgegebene Wärme
besser an die Luft abgeben zu können, welche durch den Wärmeübertrager 1 strömt. Dabei
stellen auch die Flachrohre 13 Wärmeleitelemente 11 dar. Der Heizverbund 8, bestehend
aus den beiden Leiterplatten 6, 7, den PTC-Elementen 3 und der Formdichtung 23, wird
dabei vor dem Zusammenfügen der Rohrteile 39 des Flachrohres 13 in den Hohlraum 19
zwischen den Rohrteilen 39 eingeschoben. Die diesbezüglichen Herstellungsschritte
sind in den Fig. 12 bis 14 dargestellt. Die Wellrippen 12 können dabei entweder vor
oder nach dem Zusammenfügen der Rohrteile 39 mit dem Flachrohr 13 bzw. Rohrteilen
39 verbunden werden. Die Wellrippen 12 können dabei beispielsweise mit Kleben, Schweißen
oder Löten mit den Flachrohren 13 verbunden werden. Darüber hinaus ist es auch möglich,
die Wellrippen 12 kraftschlüssig mit den Flachrohren 13 zu verbinden, weil auf einen
Wärmeübertrager 1 mit mehreren Flachrohren 13 bzw. Heizregistern 9 eine Druckkraft
33 aufgebracht ist und aufgrund dieser Druckkraft 33 (Fig. 10 und 11) die Wellrippen
12 zwischen den Flachrohren 13 gehalten werden können.
[0044] In den Fig. 12 bis 14 sind Schritte des Herstellungsverfahrens zur Herstellung des
Heizregisters 9 dargestellt. In dem in den Fig. 12 bis 14 dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht das Flachrohr 13 aus zwei Rohrteilen 39. Die beiden Rohrteile 39 sind dabei
eine erste im Querschnitt im Wesentlichen U-förmige Halbschale 41 und eine zweite
im Wesentlichen ebenfalls U-förmige Halbschale 42. An diesen beiden Halbschalen 41,
42 sind bereits die Wellrippen 12, beispielsweise mittels Kleben oder Löten befestigt.
Zwischen den beiden Halbschalen 41 und 42 (Fig. 12) bildet sich bereits vor dem Zusammenführen
und dem Zusammenfügen der beiden Halbschalen 41, 42 zu dem Flachrohr 13 der Hohlraum
19 aus. In diesen Hohlraum 19 wird vor dem vollständigen Zusammenführen und Zusammenfügen
der beiden Halbschalen 41, 42 der Heizverbund 8 eingeführt. Nach dem Einführen des
Heizverbundes 8 in den Zwischenraum 19 zwischen den beiden Halbschalen 41, 42 (Fig.
13) werden die beiden Halbschalen 41, 42 unter Aufbringung einer Druckkraft 33 auf
die Wellrippen 12 bzw. die Breitseitenwandungen 20 des noch herzustellenden Flachrohres
13 vollständig zusammengeschoben (Fig. 14). Nach dem vollständigen Zusammenführen
der ersten und zweiten Halbschale 41, 42 werden Schmalseitenwandungen 21 als Fügestellen
38, welche an jeweils einer Halbschale 41, 42 vorhanden sind, zusammengefügt, beispielsweise
mittels Kleben. Dabei wird während des Zusammenfügens der Schmalseitenwandungen 21
auf das Heizregister 9 die Druckkraft 33 aufgebracht (Fig. 14), so dass der Heizverbund
8 nach dem Entfernen der Druckkraft 33 unter Vorspannung zwischen den beiden Breitseitenwandungen
20 des Flachrohres 13 gehalten ist. Der Heizverbund 8 ist somit kraftschlüssig zwischen
den beiden Breitseitenwandungen 20 des Flachrohres 13 eingeklemmt. Die in Fig. 10
und 11 dargestellte Druckkraft 33 auf den Wärmeübertrager 1 ist somit eine lediglich
optionale Bauweise, weil aufgrund der Vorspannung innerhalb eines Heizregisters 9
auf die Druckkraft 33 nach dem Verbinden der beiden Rohrteile 39 zu dem Flachrohr
13 verzichtet werden kann. Die Druckkraft 33 gemäß der Darstellung in Fig. 10 und
11 kann jedoch erforderlich sein, sofern die Wellrippen 12 lediglich unter Vorspannung
kraftschlüssig zwischen den Flachrohren 13 befestigt sind. Die in Fig. 10 und 11 dargestellte
Druckkraft 33 kann jedoch zusätzlich auch für eine ergänzende und zusätzliche Verspannung
des Heizverbundes 8 in dem Flachrohr 13 genutzt werden.
[0045] In Fig. 15 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Flachrohr 13 dargestellt.
Das Flachrohr 13 wird dabei in analoger Weise zu der Darstellung gemäß Fig. 12 bis
14 mit dem Heizverbund 8 zu dem Heizregister 9 verbunden. Dabei erfolgt die Verbindung
der beiden Halbschalen 41, 42 an den Schmalseitenwandungen 21 mit Hilfe von Clipsen
40. Hierzu ist die Schmalseitenwandung 21 der Halbschalen 41, 42 entsprechend geometrisch
ausgebildet und vorzugsweise ist dabei an dem Auflagebereich zwischen der ersten und
zweiten Halbschale 41, 42 eine nicht dargestellte Dichtung zwischen der ersten und
zweiten Halbschale 42 angeordnet.
[0046] In Fig. 16 und 17 ist ein zusätzliches Ausführungsbeispiel des Flachrohres 13 dargestellte.
Das Flachrohr 13 besteht aus einer mittels Tiefziehen hergestellten Wanne 43 und einer
Platte 44 jeweils als Rohrteile 39. An der Wanne 43 sind Bördellaschen 46 vorhanden.
Zur Herstellung des Flachrohres 13 wird die Platte 44 auf die Wanne 43 aufgelegt und
anschließend werden die Bördellaschen 46 umgebogen (Fig. 17), so dass die Bördellaschen
46 die Platte 44 an der Wanne 43 befestigen. Ein Positionierrahmen 45 dient zur Positionierung
des Heizverbundes 8 innerhalb des von dem Flachrohr 13 eingeschlossenen Hohlraumes
19. Die Herstellung erfolgt analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 12 bis
14. In Fig. 16 ist von dem Heizverbund 8 lediglich die Formdichtung 23 dargestellt.
Die Formdichtung 23 ist dabei eine im Wesentlichen rechteckförmige Formdichtung 23,
welche jeweils auf der ersten und zweiten Leiterplatte 6, 7 aufgelegt ist und die
beiden Leiterplatten 6, 7 elektrisch von dem Flachrohr 13 aus der Wanne 43 und der
Platte 44 isoliert. Der Positionierrahmen 45 besteht dabei aus einem elektrisch isolierenden
Material wie die Formdichtung 23, beispielsweise aus Kunststoff. Die Wärmebeständigkeit
des Kunststoffes des Positionierrahmens 45 und der Formdichtung 23 beträgt dabei ungefähr
200°C. Bei der Herstellung eines Wärmeübertragers 1 mit einer Vielzahl von Heizregistern
9 ist es bei der Verwendung des Flachrohres 13 gemäß der Darstellung in Fig. 16 und
17 nicht erforderlich an dem unteren Ende des Flachrohres 13 die zweite untere Deckplatte
15 zu befestigen, weil das Flachrohr 13 an dem unteren Ende bereits geschlossen und
fluiddicht ausgebildet ist.
[0047] Nach dem Befestigen des Heizverbundes 8 in dem Flachrohr 13 und dem Aufbringen der
Druckkraft 33 auf den Wärmeübertrager 1 wird auf die oberen Enden der Flachrohre 13
eine obere erste Deckplatte 14 aufgebracht und auf die unteren, zweiten Enden der
Flachrohre 13 eine optionale zweite untere Deckplatte 15 aufgebracht (Fig. 5, 6 und
18). Die erste und zweite Deckplatte 14, 15 weist dabei mehrere im Wesentlichen rechteckförmige
Nuten auf, in welche die Enden der Flachrohre 13 eingeschoben werden. In den Nuten
ist am unteren Ende der Nuten jeweils eine Freisparung 47 vorhanden. In die Freisparung
47 ist beispielsweise ein Klebstoff als Abdichtung 48 eingebracht. Nach dem Einschieben
der Flachrohre 13 in die Nuten der ersten und zweiten Deckplatte 14, 15, werden die
Enden der Flachrohre 13 mit diesem Klebstoff verklebt und dadurch eine flüssigkeits-
und staubdichte Verbindung sowie Abdichtung zwischen den Flachrohren 13 und der ersten
und zweiten Deckplatte 14, 15 hergestellt. Als Abdichtung 48 können außer Klebstoff
auch beispielsweise Silikon verwendet werden. Die erste und zweite Deckplatte 14,
15 besteht dabei aus Metall oder Kunststoff. Dadurch sind sämtliche Flachrohre 13
des Wärmeübertragers 1 staub- und flüssigkeitsdicht gegenüber der Umgebung des Wärmeübertragers
1 abgedichtet. Somit kann zu den Leiterplatten 6, 7 oder den PTC-Elementen 3 innerhalb
des Hohlraumes 19 keine Flüssigkeit und kein Staub eindringen.
[0048] Eine Oberseite der ersten oberen Deckplatte 14 wird dabei mit dem Klimaanlagengehäuse
26 staub- und flüssigkeitsdicht verbunden, so dass dadurch auch an den oberen Enden
der Flachrohre 13 kein Staub und keine Flüssigkeit in den Hohlraum 19 eindringen kann.
Abweichend hiervon kann auf der Oberseite der ersten oberen Deckplatte 14 auch staub-
und flüssigkeitsdicht ein elektronisches Gehäuse befestigt werden (nicht dargestellt).
[0049] Der innerhalb des Kanales 35 der Kraftfahrzeugklimaanlage 24 angeordnete Wärmeübertrager
1 ist somit staub- und flüssigkeitsdicht abgedichtet. Staub oder Flüssigkeit innerhalb
des Kanales 35 kann somit nicht in den Hohlraum 19 innerhalb der Flachrohre 13 eindringen.
[0050] Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 1 und der erfindungsgemäßen
Kraftfahrzeugklimaanlage 24 wesentliche Vorteile verbunden. Der Heizverbund 8 ist
staub- und flüssigkeitsdicht innerhalb der Flachrohre 13 angeordnet, so dass in dem
Luftkanal 35 vorhandene Staubpartikel oder Flüssigkeit keinen Schaden an dem Wärmeübertrager
1 verursachen können. Die Formdichtung 23 ist eine handelsübliche Isolationsfolie
und kann somit in der Herstellung preiswert zur Verfügung gestellt werden.
Bezugszeichenliste
[0051]
- 1
- Wärmeübertrager
- 2
- Elektrisches Widerstandsheizelement
- 3
- PTC-Element
- 4
- Leiter
- 5
- Elektrische Kontaktplatte
- 6
- Erste Leiterplatte
- 7
- Zweite Leiterplatte
- 8
- Heizverbund
- 9
- Heizregister
- 10
- Heizeinheit
- 11
- Wärmeleitelement
- 12
- Wellrippen
- 13
- Flachrohr
- 14
- Erste Deckplatte
- 15
- Zweite Deckplatte
- 16
- Wandungen des Rohres
- 17
- Hohlraumwandung
- 18
- Rohr
- 19
- Hohlraum
- 20
- Breitseitenwandung
- 21
- Schmalseitenwandung
- 22
- Elektrisches Isolierelement
- 23
- Formdichtung
- 24
- Kraftfahrzeugklimaanlage
- 25
- Gebläse
- 26
- Klimaanlagengehäuse
- 27
- Bodenwandung
- 28
- Gehäusewandung
- 29
- Austrittsabschnitt
- 30
- Filter
- 31
- Keltemittelverdampfer
- 32
- Leerraum innerhalb des Flachrohres
- 33
- Druckkraft
- 34
- Schlauch
- 35
- Kanal
- 36
- Oberfläche
- 37
- Spannrahmen
- 38
- Fügestelle
- 39
- Rohrteil
- 40
- Clips
- 41
- Erste Halbschale
- 42
- Zweite Halbschale
- 43
- Wanne
- 44
- Platte
- 45
- Positionierrahmen
- 46
- Bördellasche
- 47
- Freisparung
- 48
- Abdichtung
- HN
- Netzhöhe
- BN
- Netzbreite
- Q
- Querteilung
- TN
- Bautiefe
- TR
- Bautiefe
- DE
- Dicke der Leiterplatte
- DI
- Dicke der Formdichtung
- BR
- Breite des Flachrohres
- DStein
- Dicke des PTC-Steines
1. Wärmeübertrager (1), umfassend
- wenigstens ein elektrisches Widerstandsheizelement (2), insbesondere wenigstens
ein PTC-Element (3),
- wenigstens zwei mit dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement (2)
elektrisch leitend verbundene Leiter (4), insbesondere Leiterplatten (6, 7), um elektrischen
Strom durch das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement (2) zu leiten und
dadurch das elektrische Widerstandsheizelement (2) zu erwärmen,
- wenigstens ein Wärmeleitelement (11) zur Übertragung von Wärme von dem wenigstens
einen elektrischen Widerstandsheizelement (2) auf ein zu erwärmendes Fluid,
- wenigstens ein elektrisches Isolierelement (22), welches die wenigstens zwei Leiter
(4) elektrisch isoliert, vorzugsweise von dem wenigstens einen Wärmeleitelement (11),
wobei
- die wenigstens zwei Leiter (4) und/oder das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement
(2) in wenigstens einem von wenigstens einer Hohlraumwandung (17) begrenzten Hohlraum
(19) angeordnet sind und das wenigstens eine elektrische Isolierelement (22) wenigstens
eine Formdichtung (23) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Hohlraumwandung (17) als wenigstens ein geschlossenes Rohr (18)
mit wenigstens zwei Fügestellen (38) im Querschnitt ausgebildet ist und vorzugsweise
das wenigstens eine Rohr (18) wenigstens zwei Rohrteile (39) umfasst.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Fügestellen (38) mittels einer Vorspannkraft, z. B. durch Clipse
(40), und/oder einer Verbördelung und/oder einer Verklebung und/oder einer Verschweißung
und/oder einer Verlötung der wenigstens zwei Rohrteile (39) gebildet sind.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rohr (18) durch je zwei im Querschnitt U-förmige Halbschalen
(41, 42) gebildet ist oder das wenigstens eine Rohr (18) durch je eine Wanne (43)
und Platte (44) gebildet ist.
4. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rohr (18) als wenigstens ein Flachrohr (13) ausgebildet ist mit
zwei Breitseitenwandungen (20) und zwei Schmalseitenwandungen (21).
5. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Formdichtung (23) zwischen je einer Wandung (16) des wenigstens
einen Rohres (18) und einem Leiter (4) angeordnet ist, so dass die wenigstens zwei
Leiter (4) bezüglich des wenigstens einen Rohres (18) elektrisch isoliert sind.
6. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (19) zwei, vorzugsweise im Wesentlichen rechteckförmige, Formdichtungen
(23) angeordnet sind
oder
die wenigstens eine Formdichtung (23) in dem Hohlraum (19) als ein Schlauch (34),
insbesondere Schrumpfschlauch (34), ausgebildet ist.
7. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Formdichtung (23) elastisch ist und/oder die wenigstens eine
Formdichtung (23) wenigstens teilweise aus Silikon oder Kunststoff oder Gummi besteht
und/oder die wenigstens eine Formdichtung (23) mit dem wenigstens einen Rohr (18)
kraft- und/oder form- und/oder stoffschlüssig verbunden ist und/oder die wenigstens
eine Formdichtung (23) eine Folie ist.
8. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Formdichtung (23) wärmeübertragende oder wärmeleitende Partikel,
z. B. Aluminiumoxid und/oder Siliziumkarbid und/oder Bornitrid, umfasst
und/oder
das wenigstens eine Rohr (18) von einer ersten, z. B. oberen, Deckplatte (14) an einem
ersten Ende, insbesondere fluiddicht, verschlossen ist
und/oder
das wenigstens eine Rohr (18) von einer zweiten, z. B. unteren, Deckplatte (15) an
einem zweiten Ende, insbesondere fluiddicht, verschlossen ist.
9. Wärmeübertrager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine elektrische Widerstandsheizelement (2), die wenigstens zwei Leiter
(4) und die wenigstens eine Formdichtung (23) zu wenigstens einem Heizverbund (8)
verbunden sind, welches oder welche innerhalb des wenigstens einen Rohres (18) angeordnet
ist oder sind und vorzugsweise mehrere Rohre (18) mit je einem Heizverbund (8) und
mit zwischen den Rohren (18) angeordneten Wellrippen (12) den Wärmeübertrager (1)
bilden, wobei, insbesondere mittels eines Spannrahmens (37) oder einer Feder, auf
die Wandungen (16) des wenigstens einen Rohres (18), insbesondere die Breitseitenwandungen
(20) des wenigstens einen Flachrohres (13), eine Druckkraft aufgebracht ist, so dass
aufgrund der Druckkraft der Heizverbund (8) kraftschlüssig an den beiden Wandungen
(16), insbesondere Breitseitenwandungen (20), befestigt, insbesondere eingeklemmt,
ist.
10. Kraftfahrzeugklimaanlage (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugklimaanlage (24) wenigstens einen Wärmeübertrager (1) gemäß einem
oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
11. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers (1) oder einer Kraftfahrzeugklimaanlage
(24), insbesondere eines Wärmeübertragers (1) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche
1 bis 9 oder einer Kraftfahrzeugklimaanlage (24) gemäß Anspruch 10, mit den Schritten:
- zur Verfügung stellen wenigstens eines elektrischen Widerstandsheizelementes (2),
insbesondere wenigstens eines PTC-Elements (3),
- zur Verfügung stellen von wenigstens zwei elektrischen Leitern (4), insbesondere
Leiterplatten (6, 7), zum Durchleiten von elektrischen Strom durch das wenigstens
eine elektrische Widerstandsheizelement (2),
- zur Verfügung stellen wenigstens eines Wärmeleitelements (11) zur Übertragung von
Wärme von dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement (2) auf ein zu
erwärmende Fluid,
- zur Verfügung stellen wenigstens eines elektrischen Isollerelementes (22) als Formdichtung
(23) zum elektrischen Isolieren des wenigstens eine Wärmeleitelements (11) von den
wenigstens zwei Leitern (4),
- Verbinden der wenigstens zwei Leiter (4) mit dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement
(2),
- thermisches Verbinden des wenigstens einen Wärmeleitelementes (11) mit dem wenigstens
einen Leiter (4) und/oder mit dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement
(2),
- elektrisches Isolieren der wenigstens zwei Leiter (4), vorzugsweise von dem wenigstens
einen Wärmeleitelement (11), mittels der wenigstens einen Formdichtung (23), indem
die wenigstens zwei Leiter (4) mit dem wenigstens einen elektrischen Widerstandsheizelement
(2) und die wenigstens einen Formdichtung (23) zu wenigstens einem Heizverbund (8)
verbunden werden,
- zur Verfügung stellen wenigstens eines Rohres (18),
- wobei das wenigstens eine Wärmeleitelement (11) wenigstens eine Hohlraumwandung
(17) umfasst, welche oder welches wenigstens einen Hohlraum (19) einschließt und die
wenigstens eine Hohlraumwandung (17) als Wandung (16) von dem wenigstens einem Rohr
(18) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Rohr (18) aus wenigstens zwei Rohrteilen (39) zur Verfügung gestellt
wird und die wenigstens zwei Rohrteile (39) zu dem wenigstens einem Rohr (18) verbunden
werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Rohrteile (39) mittels Clipsen (40), Löten, Kleben oder Schweißen,
insbesondere fluiddicht, verbunden werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Heizverbund (8) vor dem Verbinden der wenigstens zwei Rohrteile
(39) in den wenigstens einen Hohlraum (19) eingebracht wird.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen des wenigstens einen Heizverbundes (8) in den wenigstens einen
Hohlraum (19) auf wenigstens eine Wandung (16) des Rohres (18) eine Kraft aufgebracht
wird, so dass der wenigstens eine Heizverbund (8) zwischen zwei Wandungen (16) des
wenigstens einen Rohres (18) kraftschlüssig befestigt ist und ein unmittelbarer Kontakt
zwischen den zwei Wandungen (16) und der Formdichtung (23) des Heizverbundes (8) hergestellt
wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Formdichtung (23) als ein Schrumpfschlauch (34) ausgebildet ist
und der Schrumpfschlauch (34) auf den wenigstens einen Heizverbund (8) aufgeschrumpft
wird, indem der Schrumpfschlauch (34) erwärmt wird.