DE102008033143B4

DE102008033143B4 - Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102008033143B4
Application number: DE102008033143.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hetzler; Ralph Wächter; Christian Dörrie; Jörg Kuck; Stefan Brosig; Stephan Dick; Norbert Ernst
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2021-08-12
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: DE102008033143A1

Abstract

Heizvorrichtung mitwenigstens einem elektrischen Heizelement,wenigstens einem Wärmeabgabepaneel (1), das von einem zu erwärmenden Fluid durchströmbare Öffnungen (2) aufweist und wärmeleitend mit dem wenigstens einen Heizelement verbunden ist, undeinem an einer Stirnseite des wenigstens einen Wärmeabgabepaneels (1) angeordneten Anschlussaufsatz (5) mit elektrischen Anschlüssen für das wenigstens eine Heizelement, wobei einer dieser Anschlüsse ein Masseanschluss (12) ist, dadurch gekennzeichnet, dassder Masseanschluss (12) und der Anschlussaufsatz (5) klemmend an dem Wärmeabgabepaneel (1) befestigt sind.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Heizvorrichtung mit einem aus einem Strangpressprofil gebildeten Wärmeabgabepaneel ist aus der WO 2007/071335 A1 bekannt.
Derartige Heizvorrichtungen werden insbesondere zur Beheizung des Innenraums von Fahrzeugen verwendet. Bei der Entwicklung von Fahrzeugheizungen sind die folgenden Anforderungen zu beachten:

Die Heizleistung soll möglichst groß sein, damit der Fahrzeuginnenraum in möglichst kurzer Zeit aufgeheizt werden kann; die Fahrzeugheizung soll einschließlich der nötigen Anschlüsse möglichst klein und kompakt sein; die Fertigung soll möglichst kostengünstig und die Montage der fertigen Fahrzeugheizung soll mit möglichst geringem Aufwand möglich sein.

Aus der DE 20 2007 001 079 U1 ist eine Fahrzeugheizung bekannt, die einen Anschlussaufsatz mit einer Steckverbinderaufnahme aufweist, die drei Kontaktzungen als Potentialanschlüsse und einen Massebolzen trägt. Der Massebolzen ist durch Löten oder Nieten an einem Kontaktblech befestigt, das Durchbrüche aufweist, durch die Heizstäbe hindurch gesteckt sind und so das Kontaktblech kontaktieren. Mit einem passenden Steckverbinder kann diese Kraftfahrzeugheizung schnell und einfach an das Bordnetz eines Fahrzeugs angeschlossen werden; allerdings ist die Fertigung aufwendig.
Aus der EP 1 370 117 A2 ist eine Fahrzeugheizung mit Strangpressprofile als Wärmeübertragern bekannt. Die Strangpressprofile werden in Strangpressrichtung von einem zu erwärmenden Luftstrom durchströmt und sind von einem Rahmen gehalten, der aus zwei seitlichen Rahmenteilen und zwei mit den seitlichen Rahmenteilen verrasteten Rahmenköpfen besteht. Einer der beiden Rahmenköpfe hat Öffnungen, durch welche elektrische Anschlüsse der Fahrzeugheizung hindurchragen, die jeweils mit einem sich quer zur Anschlussrichtung erstreckenden Fuß in einen der Strömungskanale des Strangpressprofils hineinragen und den Anschluss auf diese Weise klemmend an dem Strangpressprofil befestigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie sich die Fertigung einer elektrischen Heizvorrichtung, die insbesondere auch für Automobile geeignet sein soll, weiter vereinfachen lässt.
Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung trägt an einer Stirnseite des wenigstens eine Wärmeabgabepaneels einen Anschlussaufsatz mit elektrischen Anschlüssen für das wenigstens eine Heizelement, wobei wenigstens einer dieser Anschlüsse ein Masseanschluss ist, der klemmend mit dem Wärmeabgabepaneel verbunden ist. Auf diese Weise kann auf eine aufwändige Verschweißung oder Verlötung verzichtet und mit geringem Aufwand eine Masseanbindung verwirklichen werden, die für eine große Stromtragfähigkeit geeignet ist und sich mit geringem Aufwand an dem Wärmeabgabepaneel anbringen lässt. Vorteilhaft kann deshalb eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit einem einzigen Masseanschluss auskommen, so dass sich die Heizvorrichtung sehr kompakt gestalten lässt.
Bevorzugt ist der Anschlussaufsatz aus Kunststoff. Bevorzugt ist insbesondere, dass der Masseanschluss in den Anschlussaufsatz eingespritzt ist. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Befestigung des Anschlussaufsatzes an dem Wärmeabgabepaneel verbessert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Anschlussaufsatz eine Aufnahme für einen Steckverbinder bildet, in der Potentialanschlüsse der Heizvorrichtung angeordnet sind. Dabei kann der Masseanschluss ebenso wie die Potentialanschlüsse durch einen Steckverbinder kontaktiert werden. Möglich ist es aber auch, dass der Masseanschluss separat kontaktiert wird. Die Potentialanschlüsse sind bevorzugt als Kontaktzungen angeordnet.
Das wenigstens eine Wärmeabgabepaneel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist bevorzugt ein Strangpressprofil, das quer zu seiner Strangpressrichtung mit Öffnungen versehen wurde. Als Wärmeabgabepaneele können jedoch auch einfache Lochbleche verwendet werden, an denen Heizstäbe mit darin enthaltenen Heizelementen befestigt sein können, beispielsweise stoffschlüssig, insbesondere durch Löten oder Schweißen. Bevorzugt wird als Wärmeabgabepaneel ein Strangpressprofil verwendet, das Wärmeabgaberippen aufweist.
Der Masseanschluss kann von benachbarten Wärmeabgaberippen eingeklemmt sein. Möglich ist es auch, dass der Masseanschluss zwei Schenkel hat, zwischen denen das Wärmeabgabepaneel steckt. Bevorzugt ist dabei, dass die Schenkel des Masseanschlusses eine größere Breite als der Abstand zwischen zwei benachbarten Wärmeabgaberippen haben. Bevorzugt wirken die Schenkel klemmend auf mindestens zwei Wärmeabgaberippen ein. Möglich ist es auch, in den Schenkeln Schlitze vorzusehen, durch welche Wärmeabgaberippen hindurch ragen, so dass beidseitig eine Basisplatte geklemmt wird, von der die Wärmeabgaberippen ausgehen.
Der Anschlussaufsatz einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung ist klemmend an dem wenigstens einen Wärmeabgabepaneel befestigt. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht hierfür vor, dass der Anschlussaufsatz Klemmrippen aufweist. Mittels Klemmrippen kann einerseits eine ausreichend große Klemmkraft auf das Wärmeabgabepaneel ausgeübt werden und andererseits die Kontaktfläche zwischen Anschlussaufsatz und Wärmeabgabepaneel gering gehalten werden. Dies ist insbesondere bei Verwendung eines Anschlussaufsatzes aus Kunststoff vorteilhaft.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Anschlussaufsatz erste Klemmrippen, die in einer ersten Richtung eine Klemmkraft bewirken, und zweite Klemmrippen, die in einer zweiten Richtung eine Klemmkraft bewirken, aufweist, wobei die zweite Richtung quer zu der ersten Richtung und quer zur Strangpressrichtung ist. Auf diese Weise lässt sich eine besonders zuverlässige Klemmung des Wärmeabgabepaneels erreichen. Bevorzugt ist dabei, dass sich die ersten Klemmrippen parallel zu den zweiten Klemmrippen erstrecken. Auf diese Weise lässt sich an mehreren Stellen des Wärmeabgabeprofils eine Klemmung und Positionierung bewirken.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Gleiche und einander entsprechende Teile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszahlen gekennzeichnet. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
2 eine Seitenansicht des Anschlussaufsatzes der Heizvorrichtung;
3 der Anschlussaufsatz der Heizvorrichtung von oben;
4 eine Schnittansicht zu 3 entlang der Schnittlinie AA;
5 das Wärmeabgabepaneel der Heizvorrichtung mit Masseanschluss;
6: ein Detail einer Seitenansicht zu 5;
7 ein Detail einer Rückansicht zu 5,
8 eine weitere Ansicht des in 5 gezeigten Wärmeabgabepaneels mit Masseanschluss; und
9 ein weiteres Ausführungsbeispiel eine Masseanschlusses mit dem Wärmeabgabepaneel;
10 eine Schnittansicht zu 9 entlang der Schnittlinie BB; und
11 eine Schnittansicht gemäß 10 eines weiteren Ausführungsbeispiels.

Die in 1 dargestellte Heizeinrichtung hat ein von einem Strangpressprofil gebildetes Wärmeabgabepaneel 1, das quer zur Strangpressrichtung verlaufende Öffnungen 2 aufweist, die von einem zu erwärmenden Fluid durchströmbar sind. Das Strangpressprofil 1 ist beispielsweise aus Aluminium und weist mehrere, bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei, in Strangpressrichtung verlaufende Kanäle 3 auf, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Rohre ausgebildete sind.
Zwischen den Kanalwänden dieser Kanäle 3 sind elektrische Heizelemente, bevorzugt aus einem PTC Material, angeordnet. Parallel zu den Kanalwänden verlaufen Wärmeabgaberippen 4 des Wärmeabgabepaneels, an denen ein zu erwärmender Fluidstrom vorbeiströmen kann. Die Wärmeabgaberippen 4 haben dieselben Längen wie die als Rohre ausgebildeten Kanäle 3, in denen die Heizelemente angeordnet sind.
Das Wärmeabgabepaneel 1 steckt mit einer Stirnseite in einem Anschlussaufsatz 5, der elektrische Anschlüsse für die Heizelemente trägt. An seiner gegenüberliegenden Stirnseite ist das Wärmeabgabepaneel 1 mit einer Halterung 6 für den Einbau der Heizvorrichtung in ein Fahrzeug versehen. Die Halterung 6 kann klemmend an dem Wärmeabgabepaneel 1 befestigt werden und hat einen oder mehrere Zapfen 7, die in dafür vorgesehene Montageöffnungen eines Fahrzeugs eingreifen.
In den als Rohren ausgebildeten Kanälen 3 des Wärmeabgabepaneels 1 sind plattenförmige PTC Heizelemente angeordnet, die in den Figuren nicht dargestellt sind. Die Heizelemente werden von einer elektrisch gegenüber dem Wärmeabgabepaneel 1 isolierten Kontaktplatte elektrisch kontaktiert. Zur Verbesserung der Wärmeankopplung der Heizelemente 8 an das Wärmeabgabepaneel 1 können die rechteckigen Rohre 3 nach Einbringen der Heizelemente verpresst werden.
Der Anschlussaufsatz 5 ist klemmend an dem Wärmeabgabepaneel 1 befestigt und weist zu diesem Zweck mehrere Klemmrippen 10a, 10b, 10c auf. Die Klemmrippen 10a, 10b, 10c verlaufen parallel zu den Wärmeabgaberippen 4.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Anschlussaufsatz 5 klemmend auf die Kanalwände des Wärmeabgabepaneels 1 ein.
Hierzu hat der Anschlussaufsatz 5 in 4 dargestellte Klemmrippen 10a, 10b, 10c. Erste Klemmrippen 10a üben eine Klemmkraft parallel zur Strömungsrichtung eines zu erwärmenden Fluidstroms aus. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drücken auf die breite Seite des rechteckigen Querschnitts der Rohre 3 mehrere, nämlich zwei, erste Klemmrippen 10a. Der Anschlussaufsatz 5 hat zusätzlich zweite Klemmrippen 10b, die eine Klemmkraft quer zur Klemmrichtung der ersten Klemmrippen 10a ausüben. Die zweiten Klemmrippen 10b wirken klemmend auf die Schmalseiten des rechteckigen Querschnitts der als Rohre ausgebildeten Kanäle 3 ein.
Die zweiten Klemmrippen 10b haben eine Klemmnase, die in Klemmrichtung vorsteht und die Klemmkraft ausübt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die zweiten Klemmrippen 10b nur mit einer vorteilhaft kleinen Fläche an dem Wärmeabgabepaneel 1 anliegen und somit weniger Wärme aufnehmen.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Anschlussaufsatz 5 zusätzlich dritte Klemmrippen 10c, die eine Klemmung der Wärmeabgaberippen 4 bewirken. Die dritten Klemmrippen 10c können ebenfalls mit einer Klemmnase versehen sein. Möglich ist es auch, dass die dritten Klemmrippen 10c flächig an Wärmeabgaberippen 4 anliegen. Von den Heizelementen weiter entfernte Wärmeabgaberippen haben eine geringere Temperatur, so dass ein flächiges Anliegen von Klemmrippen 10c nicht oder nur unwesentlich zu einer Wärmeaufnahme des Anschlussaufsatzes 5 führt. Enthält der Anschlussaufsatz 5 elektronische Bauteile, beispielsweise Leistungshalbleiter, kann über flächig an Wärmeabgaberippen 4 anliegende Klemmrippen 10c sogar eine vorteilhafte Kühlung der elektronischen Bauteile erreicht werden.
Um das Aufstecken des Anschlussaufsatzes 5 auf das Wärmeabgabepaneel 1 zu erleichtern, haben die Klemmrippen 10a, 10b, 10c Einführschrägen, die in Steckrichtung verlaufen.
Der Anschlussaufsatz 5 hat miteinander verbundene Seitenwände 11, die das in ihm steckende Ende des Wärmeabgabepaneels 1 umschließen. Die Klemmrippen 10a, 10b, 10c gehen dabei nur von einer Seitenwand aus. Die gegenüberliegende Seitenwand kann zum Toleranzausgleich mit kleinen stegartigen Erhebungen versehen werden. Der Masseanschluss 12 ragt nach unten über die Seitenwände 11 hervor. Auf diese Weise wird vorteilhaft eine große Kontaktfläche zwischen dem Masseanschluss 12 und dem Wärmeabgabepaneel 1 erreicht. Der Masseanschluss 12 ragt nach oben über den Anschlussaufsatz 5 hervor.
In den 2 bis 4 ist der Anschlussaufsatz 5 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Das dazugehörende Wärmeabgabepaneel 1 mit dem Masseanschluss 12 ist in 5 gezeigt.
Der Anschlussaufsatz 5 trägt einen Masseanschluss 12, der zwei Schenkel 12a aufweist, zwischen denen das Wärmeabgabepaneel 1 steckt. Dieser Masseanschluss 12 ist insbesondere in den 6 bis 8 zu sehen, die eine Seiten- und eine Rückansicht sowie eine Aufsicht zu 5 zeigen.
Die Schenkel 12a des Masseanschlusses 12 klemmen das Wärmeabgabepaneel 1. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel klemmen die Schenkel des Masseanschlusses zwei Wärmeabgaberippen 4. Die Breite der Schenkel ist also größer als der Abstand zwischen zwei benachbarten Wärmeabgaberippen 4. Aus diese Weise wird eine Masseanbindung verwirklicht, die für eine große Stromtragfähigkeit geeignet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Masseanschluss 12 als ein Bolzen ausgebildet.
Der Masseanschluss 12 ist bevorzugt in den aus Kunststoff hergestellten Anschlussaufsatz 5 eingespritzt. Auf diese Weise trägt der Masseanschluss 12 zusätzlich zur Befestigung des Anschlussaufsatzes 5 an dem Wärmeabgabepaneel 1 bei. Wie insbesondere 3 zeigt, trägt der Anschlussaufsatz 5 des dargestellten Ausführungsbeispiels nur einen einzigen Masseanschluss 12 und einen Potentialanschluss 13 für jeden der Kanäle 3, in denen Heizelemente angeordnet sind. Somit sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Potentialanschlüsse 13 vorhanden. Die Potentialanschlüsse 13 sind als Kontaktzungen ausgebildet.
Der Anschlussaufsatz 5 bildet eine Aufnahme für einen Steckverbinder, so dass die Heizvorrichtung mit geringem Aufwand an das Bordnetz eines Fahrzeuges angeschlossen werden kann. Wie insbesondere 4 zeigt, ragt der Masseanschluss 12 nach oben aus dem Anschlussaufsatz 5 heraus. Der Masseanschluss 12 ist insbesondere länger als die Potentialanschlüsse 13. Diese hat Vorteil, dass der Masseanschluss durch einen die Potentialanschlüsse 13 kontaktierenden Steckverbinder hindurchragen und separat kontaktiert werden kann, wie es aus der DE 20 2007 001 079 U1 bekannt ist.
9 zeigt an einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie der Masseanschluss 12 klemmend an dem Wärmeabgabepaneel 1 befestigt werden kann. Der in 9 gezeigte Masseanschluss 12 ist zwischen zwei benachbarten Wärmeabgaberippen 4 eingeklemmt. Der geklemmte Abschnitt des Masseanschlusses 12 kann im einfachsten Fall zylindrisch geformt sein, wie dies in 10 gezeigt ist. Bevorzugt hat der von benachbarten Wärmeabgaberippen 4 geklemmte Abschnitt des Masseanschlusses 12 jedoch einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt. Eine besonders belastbare Klemmung und überraschender Weise auch eine für hohe Ströme geeignete Kontaktfläche kann dadurch erzielt werden, dass der geklemmte Abschnitt des Masseanschlusses 12 Kanten aufweist, die beim Einpressen zwischen benachbarten Wärmeabgaberippen plastisch verformt werden oder Wärmeabgaberippen plastisch verformen und dadurch die Kontaktfläche vergrößert wird..
Bezugszeichenliste

1: Wärmeabgabepaneel
2: Öffnungen
3: Kanäle
4: Wärmeabgaberippen
5: Anschlussaufsatz
6: Halterung
7: Zapfen
10a, 10b, 10c: Klemmrippen
11: Seitenwände
12: Masseanschluss
12a: Schenkel
13: Potentialanschlüsse

Claims

Heizvorrichtung mit wenigstens einem elektrischen Heizelement, wenigstens einem Wärmeabgabepaneel (1), das von einem zu erwärmenden Fluid durchströmbare Öffnungen (2) aufweist und wärmeleitend mit dem wenigstens einen Heizelement verbunden ist, und einem an einer Stirnseite des wenigstens einen Wärmeabgabepaneels (1) angeordneten Anschlussaufsatz (5) mit elektrischen Anschlüssen für das wenigstens eine Heizelement, wobei einer dieser Anschlüsse ein Masseanschluss (12) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (12) und der Anschlussaufsatz (5) klemmend an dem Wärmeabgabepaneel (1) befestigt sind.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss zwei Schenkel (12a) aufweist, zwischen denen das Wärmeabgabepaneel (1) steckt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (12) in dem Anschlussaufsatz (5) eingespritzt ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (12) als ein geschlitzter Bolzen ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussaufsatz (5) eine Aufnahme für einen Steckverbinder bildet, in der Potentialanschlüsse (13) der Heizvorrichtung angeordnet sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabgabepaneel (1) ein Strangpressprofil ist, wobei die Öffnungen (2) quer zur Strangpressrichtung verlaufen.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabgabepaneel (1) Wärmeabgaberippen (4) aufweist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel des Masseanschlusses (12) mindestens zwei Wärmeabgaberippen (4) klemmen.
Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (12) von zwei benachbarten Wärmeabgaberippen (4) geklemmt ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeabgabepaneel (1) einen Kanal (3) aufweist, in dem das wenigstens eine Heizelement zwischen Kanalwänden angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (3) als Rohr ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussaufsatz (5) Klemmrippen (10a, 10b, 10c) aufweist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmrippen (10a, 10b, 10c) abgeschrägt sind.
Heizvorrichtung nach Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussaufsatz (5) erste Klemmrippen (10a), die in einer ersten Richtung eine Klemmkraft bewirken, und zweite Klemmrippen (10b), die in einer zweiten Richtung eine Klemmkraft bewirken, wobei die zweite Richtung quer zu der ersten Richtung ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die ersten Klemmrippen (10a) parallel zu den zweiten Klemmrippen (10b) erstrecken.
Heizvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Klemmrippen (10b) eine Klemmnase aufweisen, die in der zweiten Richtung vorsteht.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussaufsatz (5) klemmend sowohl auf eine Basisplatte des Wärmeabgabepaneels (1), in der die Öffnungen (2) angeordnet sind, als auch auf mindestens eine der Kanalwände einwirkt.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussaufsatz (5) mit einander verbundene Seitenwände (11) aufweist, die ein Ende des Wärmeabgabepaneels (1) umgeben.
Heizvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (12) nach unten über die Seitenwände (11) hervorsteht.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Masseanschluss (12) nach oben aus dem Anschlussaufsatz (5) herausragt.