DE102017219960A1 - Electric vehicle heater - Google Patents

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Egor Sawazki
Markus Wolf
Erich Mattmann
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Abstract

Eine elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) ist mit mehreren Leiterabschnitten (L) ausgestattet, die entlang einander verlaufen. Die Heizvorrichtung verfügt ferner über mehreren Verbindungsabschnitten (V), die die Leiterabschnitte (L) in Reihe verbinden. Der Leitfähigkeitsbelag der Verbindungsabschnitte (V) beträgt mindestens das Doppelte des Leitfähigkeitsbelags der Leiterabschnitte (L).

Figure DE102017219960A1_0000
An electric vehicle heater (H) is provided with a plurality of conductor portions (L) extending along each other. The heater further has a plurality of connecting portions (V) connecting the conductor portions (L) in series. The conductivity of the connecting portions (V) is at least twice the conductivity of the conductor sections (L).
Figure DE102017219960A1_0000

Description

Es ist bekannt, in besonderen Fahrzeugen zur Erzeugung von Wärme elektrische Widerstände zu verwenden. Um die Wärme zu erzeugen werden Leiterbahnen eingesetzt, die in Form von Mäanderstrukturen die Fläche belegen. Dadurch ergibt sich eine große Gesamtlänge des Leiters, sodass auch mit Materialien, die einen relativ hohen spezifischen Leitwert aufweisen, etwa metallische Materialien, ein ausreichender Gesamtwiderstand (angepasst an Nennspannungen von 12, 48, 400 Volt oder 800 Volt oder mehr) erreicht werden kann.It is known to use electrical resistors in special vehicles for generating heat. In order to generate the heat, conductor tracks are used, which occupy the area in the form of meander structures. This results in a large overall length of the conductor, so that even with materials that have a relatively high specific conductance, such as metallic materials, a sufficient total resistance (adapted to nominal voltages of 12, 48, 400 volts or 800 volts or more) can be achieved.

Es ist bekannt, dass zur Realisierung einer elektrischen Heizvorrichtung ein elektrisch isolierender Träger verwendet wird, auf dem das Heizwiderstandsmaterial entlang einer durchgehenden Linie aufgebracht wird, so dass sich eine durchgehende, üblicherweise schlaufenförmige Leiterbahn ergibt, die aus Heizwiderstandsmaterial besteht und auf dem Träger aufgebracht ist. Es wurde durch die Erfinder erkannt, dass sich bei derartigen Strukturen Grenzen bei der maximal erzeugbaren Wärmeleistung bezogen auf die Gesamtfläche ergeben.It is known that an electrically insulating support is used for the realization of an electrical heating device, on which the heating resistor material is applied along a continuous line, so that a continuous, usually loop-shaped conductor path which consists of Heizwiderstandsmaterial and is applied to the carrier. It has been recognized by the inventors that with such structures limits arise in the maximum heat output based on the total area.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich eine Fahrzeug-Heizvorrichtung mit erhöhter flächenbezogener Wärmeleistung realisieren lässt.It is therefore an object of the invention to indicate a possibility with which a vehicle heating device with increased area-related heat output can be realized.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung nach Anspruch 1. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Merkmalskombinationen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit der Beschreibung und den Figuren.This object is achieved by the electric vehicle heating device according to claim 1. Further features, embodiments, feature combinations, features and advantages will become apparent from the description and the figures.

Bei näherer Betrachtung der üblicherweise gewählten Schlaufenform von Heizleiterbahnen des Stands der Technik wurde seitens der Erfinder erkannt, dass an den Kurvenstücken, welche nebeneinander verlaufende Abschnitte miteinander verbinden, deutlich höhere Temperaturen auftreten als an den zueinander parallelen, gerade verlaufenden Abschnitten. Dies ergibt sich dadurch, dass an den Enden der nebeneinander verlaufenden Abschnitten Wärme von diesen Abschnitten sowie von dem Abschnitt erzeugt wird, die diese verbindet, wobei etwa in der Mitte von nebeneinander verlaufenden Abschnitte nur diese Wärme erzeugen und nicht noch zusätzlich von einem Abschnitt erzeugt wird, der die nebeneinander verlaufenden Abschnitte verbindet.Upon closer inspection of the commonly selected loop shape of prior art heating conductors, it has been recognized by the inventors that significantly higher temperatures occur at the curved pieces which connect adjacent portions to each other than at the straight parallel portions. This is due to the fact that heat is generated at the ends of the juxtaposed sections from these sections as well as from the section connecting them, whereby only in the middle of adjacent sections only this heat is generated and not additionally generated by a section which connects the sections running side by side.

Jedoch ist die Nenn- oder Spitzenleistung eines Heizwiderstands begrenzt durch die Maximaltemperatur, die an der Leiterbahn auftreten kann, ohne dass bleibende Schäden auftreten. Wenn somit an einigen, wenigen Bereichen deutlich höhere Temperaturen auftreten als an anderen Bereichen, so sind diese Bereiche, welche die erhöhten Temperaturen aufweisen, der begrenzende Faktor bei der Auslegung von elektrischen Heizelementen. Insbesondere bestehen dadurch Grenzen bei der Maximierung der flächenbezogenen Wärmeausbeute.However, the rated or peak power of a heater resistor is limited by the maximum temperature that can occur on the track without permanent damage. Thus, if in some, few areas significantly higher temperatures occur than in other areas, these areas, which have the elevated temperatures, the limiting factor in the design of electric heating elements. In particular, there are limits in maximizing the area-related heat yield.

Es wurde erkannt, dass an Verbindungsabschnitten, die Leiterabschnitte (d.h. insbesondere nebeneinander verlaufende Abschnitte) in Reihe verbinden, keine limitierende, besonders hohe Temperaturen auftreten, wenn diese Verbindungsabschnitte einen höheren Leitfähigkeitsbelag als die Leiterabschnitte haben. Durch den höheren Leitfähigkeitsbelag entsteht weniger Wärme an den Verbindungsabschnitten, sodass dort selbst bei dichter Anordnung der Leiterbahnabschnitte (und insbesondere deren Enden) kein sogenannter Hotspot entsteht, der einen insgesamt limitierenden Faktor darstellen könnte.It has been recognized that at connecting portions that connect conductor portions (i.e., in particular, side by side portions) in series, no limiting, particularly high temperatures occur when these connection portions have a higher conductivity coating than the conductor portions. As a result of the higher conductivity coating, less heat is generated at the connecting sections, so that even in the case of dense arrangement of the conductor track sections (and in particular their ends) no so-called hotspot is produced, which could represent a limiting factor overall.

Es wird somit eine elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung vorgeschlagen, die mehrere Leiterabschnitte aufweist. Diese verlaufen entlang einander, insbesondere parallel oder entlang eines gemeinsamen Verlaufs. Die Leiterabschnitte (insbesondere zwei benachbarte hiervon) erstrecken sich nebeneinander vorgesehen. Die Leiterabschnitte erstrecken sich vorzugsweise äquidistant zueinander; bei einem geraden Verlauf entspricht dies einer parallelen Anordnung zueinander.There is thus proposed an electric vehicle heating device having a plurality of conductor sections. These run along each other, in particular parallel or along a common course. The conductor sections (in particular two adjacent ones thereof) extend side by side. The conductor sections preferably extend equidistant from one another; in a straight course this corresponds to a parallel arrangement with each other.

Die Heizvorrichtung umfasst ferner mehrere Verbindungsabschnitte, die die Leiterabschnitte (elektrisch) in Reihe miteinander verbinden. Insbesondere verbinden die Verbindungsabschnitte jeweils zwei nebeneinanderliegende Leiterabschnitte derart, dass die Leiterabschnitte elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Verbindungsabschnitte verbinden jeweils zwei Enden von Leiterabschnitten.The heater further includes a plurality of connection portions connecting the conductor portions (electrically) in series with each other. In particular, the connecting sections each connect two adjacent conductor sections such that the conductor sections are electrically connected in series. The connecting portions each connect two ends of conductor portions.

Um zu vermeiden, dass Temperaturen an den Verbindungsabschnitten und den von diesen verbundenen Enden der Leiterabschnitte auftreten, die gegenüber der Durchschnittstemperatur der Leiterabschnitte erhöht sind, werden die Verbindungsabschnitte mit einem Leitfähigkeitsbelag vorgesehen, der mindestens das Doppelte (oder auch mindestens das drei-, vier-, fünf-, zehn- oder zwanzigfache des Leitfähigkeitsbelags der Leiterabschnitte beträgt). Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass der Leitfähigkeitsbelag der Verbindungsabschnitte mindestens das 30-, 40- oder 50-fache des Leitfähigkeitsbelags der Leiterabschnitte beträgt.In order to avoid temperatures occurring at the connecting sections and the connected ends of the conductor sections, which are increased in relation to the average temperature of the conductor sections, the connecting sections are provided with a conductivity covering which is at least twice (or at least the three-, four- is five, ten or twenty times the conductivity of the conductor sections). Further embodiments provide that the conductivity of the connecting portions is at least 30, 40 or 50 times the conductivity of the conductor sections.

Dadurch wird eine (gegenüber dem Durchschnitt) erhöhte Temperaturentwicklung an den Verbindungsabschnitten verringert, sodass sich trotz der erhöhten Leiterdichte (Verbindungsabschnitte inklusive der verbundenen Enden der Leiterabschnitte) keine erhöhte Temperatur an den Verbindungsabschnitten ergibt.As a result, an increased temperature development (compared with the average) at the connecting sections is reduced, so that despite the increased conductor density (connecting sections including the connected ends of the conductor sections), there is no increased temperature at the connecting sections.

Insbesondere sind die Verbindungsabschnitte derart ausgebildet, dass diese nicht mehr als die Hälfte an Wärme bezogen auf die Länge im Vergleich zu den Leiterabschnitten abgeben (entsprechend einem Wärmeabgabebelag, der nicht wie dargestellt mehr als die Hälfte beträgt). Der Leitfähigkeitsbelag der Verbindungsabschnitte kann wie erwähnt mindestens das Doppelte, das Dreifache, das Fünffache oder das Zehnfache des Leitfähigkeitsbelags der Leiterabschnitte betragen. Der Leitfähigkeitsbelag ist die Leitfähigkeit entlang des betreffenden Abschnitts (das heißt entlang der Längserstreckung bzw. entlang dem Verlauf der Abschnitte) bezogen auf die Länge. Die Leiterabschnitte können auch als Längsabschnitte bezeichnet werden oder auch als Wärmeerzeugungsabschnitte (da sie im Gegensatz zu den Verbindungsabschnitten maßgeblich zur Wärmeerzeugung beitragen). In particular, the connecting portions are formed so that they do not give off more than half the heat in length relative to the conductor portions (corresponding to a heat release coating which is not more than half, as shown). The conductivity of the connecting portions may be as mentioned at least twice, three times, five times or ten times the conductivity of the conductor sections. The conductivity coating is the conductivity along the relevant section (ie along the longitudinal extent or along the course of the sections) with respect to the length. The conductor sections can also be referred to as longitudinal sections or as heat generation sections (since, in contrast to the connection sections, they contribute significantly to heat generation).

Der Leitfähigkeitsbelag ist der Kehrwert des Widerstandsbelags. Je höher der Leitfähigkeitsbelag ist, desto geringer ist die längenbezogene Wärmeentwicklung des betreffenden Abschnitts. Dadurch, dass die Verbindungsabschnitte einen höheren Leitfähigkeitsbelag als Leiterabschnitte aufweisen, ist die Wärmeerzeugung gegenüber den Leiterabschnitten (ebenso bezogen auf die Länge) verringert. Es bilden sich an den Verbindungsabschnitten keine Hotspots aus, welche den limitierenden Faktor der gesamten Heizleistung der Heizvorrichtung darstellen.The conductivity coating is the reciprocal of the resistance coating. The higher the conductivity coating is, the lower is the heat related to the length of the relevant section. The fact that the connecting portions have a higher conductivity coating than conductor portions, the heat generation compared to the conductor sections (also based on the length) is reduced. No hotspots form at the connecting sections, which represent the limiting factor of the total heating power of the heating device.

Der höhere Leitfähigkeitsbelag der Verbindungsabschnitte gegenüber den Leiterabschnitten kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden, insbesondere durch Wahl der spezifischen Leitfähigkeit, der Querschnittsfläche, der Dicke oder der Breite der betreffenden Verbindungsabschnitte. Die für die genannten Abschnitte unterschiedlichen Größen wie spezifische Leitfähigkeit, Querschnittsfläche, Dicke oder Breite erzeugen eine höhere flächenbezogene Wärmeleistung an den Leitungsabschnitten als an den Verbindungsabschnitten.The higher conductivity of the connecting portions with respect to the conductor portions can be achieved by various measures, in particular by selecting the specific conductivity, the cross-sectional area, the thickness or the width of the respective connecting portions. The different sizes for the sections mentioned, such as specific conductivity, cross-sectional area, thickness or width, produce a higher area-related heat output at the line sections than at the connection sections.

Die spezifische Leitfähigkeit, die Querschnittsfläche, die Dicke und/oder die Breite der Verbindungsabschnitte beträgt mindestens das Doppelte der spezifischen Leitfähigkeit, der Querschnittsfläche, der Dicke oder der Breite der Leiterabschnitte. Hierbei kann die spezifische Leitfähigkeit der Verbindungsabschnitte das Doppelte, das Dreifache, das Fünffache oder das Zehnfache der spezifischen Leitfähigkeit der Leiterabschnitte betragen. Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass die spezifische Leitfähigkeit (des Materials) der Verbindungsabschnitte mindestens das 30-, 40- oder 50-fache der spezifischen Leitfähigkeit (des Materials) der Leiterabschnitte beträgt.The specific conductivity, the cross-sectional area, the thickness and / or the width of the connecting sections is at least twice the specific conductivity, the cross-sectional area, the thickness or the width of the conductor sections. Here, the specific conductivity of the connecting sections may be twice, three times, five times or ten times the specific conductivity of the conductor sections. Further embodiments provide that the specific conductivity (of the material) of the connecting sections is at least 30, 40 or 50 times the specific conductivity (of the material) of the conductor sections.

Dies wird beispielsweise durch geeignete Materialwahl erreicht. Beispielsweise kann das Material der Verbindungsabschnitte Aluminium oder einen Aluminiumlegierung sein, oder auch Kupfer, insbesondere ein Material, dessen spezifische Leitfähigkeit mindestens 30, 50 oder 70% der spezifischen Leitfähigkeit von Aluminium beträgt. Das Material der Leiterabschnitte kann etwa eine NiCr-Legierung sein, etwa eine NiCr-Verbindung mit einem spezifischen Widerstand der mindestens das 20- oder 30-fache des spezifischen Widerstands des Materials der Verbindungsabschnitte beträgt.This is achieved, for example, by a suitable choice of material. For example, the material of the connecting sections may be aluminum or an aluminum alloy, or else copper, in particular a material whose specific conductivity is at least 30, 50 or 70% of the specific conductivity of aluminum. The material of the conductor portions may be about a NiCr alloy, such as a NiCr compound having a resistivity of at least 20 or 30 times the resistivity of the material of the connecting portions.

Alternativ oder in Kombination mit der erhöhten spezifischen Leitfähigkeit kann die Querschnittsfläche das mindestens Doppelte, mindestens Dreifache, mindestens Fünffache oder mindestens Zehnfache der Querschnittsfläche der Leiterabschnitte betragen. Ist die Querschnittsfläche der Verbindungsabschnitte und der Leiterabschnitte konstant, so gilt dies für die konstanten Querschnittsflächen. Ist die Querschnittsfläche der Verbindungsabschnitte entlang deren Längsverlauf veränderlich und/oder ist die Querschnittsfläche der Leiterabschnitte entlang dem Verlauf veränderlich, so gilt dies für das Integral der Querschnittsflächen über die Leiterabschnitte bezogen auf deren Länge oder für den Kehrwert der Integrals der Kehrwerte der Querschnittsflächen entlang der Länge der betreffenden Abschnitte bezogen auf die Gesamtlänge der betreffenden Abschnitte. Ferner kann die Dicke und/oder die Breite der Verbindungsabschnitte das mindestens Doppelte, Dreifache, Fünffache oder Zehnfache der Dicke und/oder Breite der Leiterabschnitte betragen. Neben der spezifischen Leitfähigkeit, der Querschnittsfläche, der Dicke oder der Breite können auch andere Merkmale herangezogen werden, die sich auf den Leitfähigkeitsbelag auswirken, wobei diese derart ausgestaltet sind, dass sich der Leitfähigkeitsbelag der Verbindungsabschnitte auf das mindestens Doppelte, Dreifache, Fünffache oder Zehnfache des Leitfähigkeitsbelags der Leiterabschnitte beläuft.Alternatively or in combination with the increased specific conductivity, the cross-sectional area may be at least twice, at least three times, at least five times or at least ten times the cross-sectional area of the conductor sections. If the cross-sectional area of the connecting sections and the conductor sections is constant, this applies to the constant cross-sectional areas. If the cross-sectional area of the connecting sections varies along their longitudinal course and / or if the cross-sectional area of the conductor sections varies along the course, this applies to the integral of the cross-sectional areas over the conductor sections relative to their length or to the reciprocal of the integral of the reciprocals of the cross-sectional areas along the length relevant sections in relation to the total length of the sections concerned. Furthermore, the thickness and / or the width of the connecting sections may be at least twice, three times, five times or ten times the thickness and / or width of the conductor sections. In addition to the specific conductivity, the cross-sectional area, the thickness or the width, it is also possible to use other features which have an effect on the conductive coating, such that the conductivity of the connecting sections is at least twice, three times, five times or ten times that of the connecting sections Conductivity of the conductor sections amounts.

Wie erwähnt kann insbesondere die spezifische Leitfähigkeit herangezogen werden, um einen höheren Leitfähigkeitsbelag für die Verbindungsabschnitte zu erreichen im Vergleich zu den Leiterabschnitten. Die Verbindungsabschnitte können auch aus einem anderen Material vorgesehen sein als die Leiterabschnitte. Die spezifische Leitfähigkeit des Materials der Verbindungsabschnitte beträgt mindestens das Doppelte, Dreifache, Vierfache, Fünffache oder Zehnfache der spezifischen Leitfähigkeit des Materials der Leiterabschnitte.As mentioned, in particular, the specific conductivity can be used to achieve a higher conductivity of the connection sections compared to the conductor sections. The connecting sections can also be made of a different material than the conductor sections. The specific conductivity of the material of the connecting sections is at least twice, three times, four times, five times or ten times the specific conductivity of the material of the conductor sections.

Insbesondere kann wie erwähnt das Material der Verbindungsabschnitte Aluminium sein, während das Material der Leiterabschnitte ein schlechter leitendes Material aufweist, beispielsweise ein Heizwiderstandmaterial wie eine Heizleiterlegierung, eine Nickel-Kupferlegierungen, eine Nickel-Chromlegierung oder ein Material das unter der Bezeichnung „Kanthal“ vertrieben wird, das insbesondere eine Legierung aus Eisen, Chrom und Aluminium oder eine Kupfer-Nickel-Legierung ist.In particular, as mentioned, the material of the connecting portions may be aluminum, while the material of the conductor portions comprises a poorly conductive material, for example a Heizwiderstandmaterial such as a Heizleiterlegierung, a nickel-copper alloys, a nickel-chromium alloy or a material under the name "Kanthal" is sold, which is in particular an alloy of iron, chromium and aluminum or a copper-nickel alloy.

Insbesondere kann eine Nickel-Chrom-Verbindung mit einem Chromanteil von 10 - 30%, 17 - 23 % oder im Wesentlichen 20% verwendet werden, die insbesondere einen Nickelanteil von 90% - 70% oder im Wesentlichen 80% hat.In particular, a nickel-chromium compound having a chromium content of 10 - 30%, 17 - 23% or substantially 20% can be used, which in particular has a nickel content of 90% - 70% or substantially 80%.

Die hier beschriebene elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung weist Verbindungsabschnitte auf, die eine längenbezogene Wärmeentwicklung („Wärmeerzeugungsbelag“) aufweisen, die geringer ist als derjenige der Leiterabschnitte, und insbesondere weniger als 50%, 20% oder 10% des Wärmeerzeugungsbelags der Leiterabschnitte beträgt. An den Verbindungsabschnitten, das heißt dort, wo zwei Leiter in Form einer (engen) Kurve aufeinanderstoßen, nämlich der Verbindungsabschnitt und die beiden zu verbindenden Enden der Leiterabschnitte, wird somit nicht mehr als 200%, 150%, 120% oder 100% oder auch nicht mehr als 80%, 70% der Wärme erzeugt im Vergleich zu Leiterabschnitten, die sich zwischen den zu verbindenden Enden dieser Leiterabschnitte befinden.The vehicle electric heater described herein has connection portions having a heat generation amount ("heat generation deposit") lower than that of the conductor portions, and more particularly, less than 50%, 20% or 10% of the heat generation deposit of the conductor portions. Thus, at the connecting portions, that is, where two conductors collide in the form of a (tight) curve, namely, the connecting portion and the two ends of the conductor portions to be joined, becomes not more than 200%, 150%, 120% or 100% or so not more than 80%, 70% of the heat generated compared to conductor sections, which are located between the ends to be joined of these conductor sections.

Die hier beschriebene elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung ist eine ohmsche Heizvorrichtung und entspricht elektrisch einem Heizwiderstand. Die Verbindungsabschnitte und die Leiterabschnitte verlaufen vorzugsweise entlang einer Fläche. Diese Fläche entspricht insbesondere einer ebenen Fläche, wobei sich bei der ebenen Fläche eine gute Wärmeabstrahlung ergibt. Die Fläche kann jedoch auch nach außen gewölbt sein. Mit anderen Worten kann die Fläche in mindestens eine Richtung eine konvexe Krümmung aufweisen.The electric vehicle heater described herein is an ohmic heater and electrically corresponds to a heating resistor. The connecting portions and the conductor portions preferably extend along a surface. This surface corresponds in particular to a flat surface, resulting in the flat surface good heat radiation. However, the surface can also be curved outward. In other words, the surface may have a convex curvature in at least one direction.

Die Leiterabschnitte und die Verbindungsabschnitte sind auf einem elektrisch isolierenden Träger angeordnet, beispielsweise aus einem hitzebeständigen Material etwa in Form eines Keramikträgers. Der Träger kann auf einem Körper angeordnet sein (und ist insbesondere wärmeübertragend mit diesem flächig verbunden), etwa einer Wärmesenke. Der Träger kann eine kaltgasgespritzte Schicht sein, die beispielsweise auf einem Körper (etwa aus einem Aluminiummaterial) angeordnet ist. Die Verbindungsabschnitte und die Leiterabschnitte sind auf dem Träger befestigt, beispielsweise durch eine Klebung oder durch eine entsprechende (verbindende) Auftragung der Abschnitte. Die Verbindungsabschnitte können als sogenannte Bus-Bars ausgebildet sein, d.h. als Stromschienen. Der Träger kann zusammen mit den Verbindungsabschnitten ein DCB-Substrat bilden (DCB steht für direct copper bonded, d.h. für ein Substrat, bei dem Kupferleiter direkt auf einem Träger wie einem Keramiksubstrat angebracht sind).The conductor sections and the connecting sections are arranged on an electrically insulating carrier, for example made of a heat-resistant material, for example in the form of a ceramic carrier. The carrier can be arranged on a body (and in particular is heat-transferring connected to it in a planar manner), for example a heat sink. The carrier may be a cold gas sprayed layer disposed on a body (such as an aluminum material), for example. The connecting sections and the conductor sections are fastened on the carrier, for example by gluing or by a corresponding (connecting) application of the sections. The connecting portions may be formed as so-called bus bars, i. as busbars. The carrier may form a DCB substrate together with the connection portions (DCB stands for direct copper bonded, i.e., a substrate in which copper conductors are directly mounted on a support such as a ceramic substrate).

Zudem können die Verbindungsabschnitte überlappend auf den Leiterabschnitten angeordnet sein, um so eine flächige Verbindung (nicht nur im Querschnitt bzw. an Stirnseiten) zu erreichen. Beispielsweise können die Verbindungsabschnittsenden der zu verbindenden Leiterabschnitte über die gesamte Breite der Leiterabschnitte überdecken, um so mittels der aufeinanderliegenden Oberflächen der Abschnitte einen elektromechanischen Kontakt herzustellen. Die Heizvorrichtung kann mindestens zwei Anschlüsse aufweisen, die an zwei Enden der Reihenschaltung vorgesehen sind, die sich durch die Leiterabschnitte und die (diese seriell verbindenden) Verbindungsabschnitte ergibt. Die Anschlüsse können wie die Verbindungsabschnitte ausgebildet sein und eine Anschlussstruktur, etwa in Form einer Fläche, einer Schraubverbindung oder einer Pinstruktur aufweisen. Es kann ferner mindestens ein weiterer Anschluss zwischen den Enden dieser Reihenschaltung vorgesehen sein, etwa in Form einer Anzapfung an einem Verbindungsabschnitte oder auch an einem Leiterabschnitt.In addition, the connecting sections may be arranged overlapping on the conductor sections, so as to achieve a flat connection (not only in cross-section or on end faces). For example, the connecting portion ends of the conductor portions to be connected may cover over the entire width of the conductor portions so as to establish an electromechanical contact by means of the superimposed surfaces of the portions. The heater may have at least two terminals provided at two ends of the series circuit provided by the conductor portions and the connecting portions (connecting them serially). The connections may be formed like the connection sections and have a connection structure, for example in the form of a surface, a screw connection or a pin structure. Furthermore, at least one further connection can be provided between the ends of this series connection, for example in the form of a tap on a connection section or also on a conductor section.

Die Leiterabschnitte (insbesondere zusammen mit den Verbindungsabschnitten) sind flächig verteilt. Die Leiterabschnitte verlaufen entlang einer Fläche nebeneinander und sind vorzugsweise gleichförmig verteilt. Die Leiterabschnitte verlaufen parallel zueinander und können hierbei insbesondere gerade sein. Es sind jedoch auch gekrümmte Verläufe von Leiterabschnitten möglich, insbesondere in Form einer Schnecke oder allgemein in Form von gekrümmt verlaufenden Leiterabschnitten. Die Leiterabschnitte sind äquidistant zueinander angeordnet, wobei insbesondere benachbarte Leiterabschnitte äquidistant entlang einer Kurve verlaufen. Dies gilt insbesondere für Untergruppen der Leiterabschnitte. Durch den parallelen bzw. äquidistanten Verlauf der Leiterabschnitte ergibt sich eine relative homogene Wärmeerzeugung über die Fläche. Zusammen mit der erfindungsgemäßen Ausführung der Verbindungsabschnitte, durch die eine erhöhte Wärmeerzeugung an den Verbindungsabschnitten verringert ist, ergibt sich eine insgesamt homogene, flächenbezogene Wärmeabgabe. Insbesondere beträgt der Wärmeabgabe- bzw. Wärmewandlungsbelag der Leiterabschnitte mindestens das Zwei-, Drei-, Vier-, Fünf-, Zehn- oder Zwanzigfache-, des Wärmeabgabe- bzw. Wärmewandlungsbelags der Verbindungsabschnitte.The conductor sections (in particular together with the connecting sections) are distributed over a wide area. The conductor sections run along a surface next to each other and are preferably uniformly distributed. The conductor sections run parallel to one another and in this case can be straight in particular. However, it is also possible curved courses of conductor sections, in particular in the form of a screw or generally in the form of curved conductor sections. The conductor sections are arranged equidistant from one another, wherein in particular adjacent conductor sections extend equidistantly along a curve. This applies in particular to subgroups of the conductor sections. Due to the parallel or equidistant course of the conductor sections results in a relatively homogeneous heat generation over the area. Together with the inventive design of the connecting portions, is reduced by the increased heat generation at the connecting portions, results in a total homogeneous, area-related heat output. In particular, the heat dissipation or thermal conversion coating of the conductor sections is at least the two-, three-, four-, five-, ten- or twentyfold-, the heat-dissipating or heat-transfer lining of the connecting sections.

Die Enden benachbarter Leiterabschnitte sind vorzugsweise minimal zueinander beabstandet, etwa in Form von Leiterabschnitten, die auf gleicher Höhe enden. Mit anderen Worten sind Enden benachbarter Leiterabschnitte, die jeweils mittels eines Verbindungsabschnittes miteinander verbunden sind, um einen Abstand voneinander entfernt, der nicht mehr als 120%, 150% oder 200% des Abstands der Leiterabschnitte beträgt. Somit können zwar die Enden der benachbarten Leiterabschnitte (die miteinander durch einen Verbindungsabschnitt verbunden sind) auch nicht exakt auf gleicher Höhe enden, jedoch ist der Höhenversatz zueinander vorzugsweise kleiner als der Abstand der Leiterabschnitte, insbesondere der Mittenlinien der benachbarten Leiterabschnitte.The ends of adjacent conductor sections are preferably minimally spaced apart, for example in the form of conductor sections which end at the same height. In other words, ends of adjacent conductor sections, which are each connected to one another by means of a connecting section, are spaced from each other by a distance which is not more than 120%, 150% or 200% of the distance of the conductor sections. Thus, although the ends of the adjacent conductor sections (the also not exactly at the same height, but the height offset from one another is preferably smaller than the distance of the conductor sections, in particular the center lines of the adjacent conductor sections.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Verbindungsabschnitte bezogen auf die Leiterabschnitte hinsichtlich der Leitfähigkeit führt dazu, dass die Leiterabschnitte besonders eng aufeinanderfolgend angeordnet werden können, ohne dass sich dadurch an den Verbindungsabschnitten und den betreffenden Enden der Leiterabschnitte eine gegenüber dem Rest erhöhte Temperaturerzeugung ergeben würde. Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung ist daher derart ausgebildet, dass der Abstand der Leiterabschnitte (insbesondere der benachbarten Leiterabschnitte) zueinander nicht mehr als 10%, 25%, 50% oder 75% der Breite der jeweiligen Leiterabschnitte beträgt. Insbesondre ist der Abstand zwischen den Leiterabschnitten nicht größer als die Breite der Leiterabschnitte. Es ist eine besonders dichte Bauform ermöglicht und es ergibt sich insbesondere eine besonders hohe flächenbezogene Wärmeausbeute (d.h. Wärmewandlungsleistung). Wie erwähnt ist beim Stand der Technik eine besonders enge Ausführung der Leiterabschnitte verknüpft mit einer sehr engen Führung der Verbindungsabschnitte, wobei aufgrund dieser engen Führung an dem Verbindungsabschnitten Hotspots entstehen, welche die Gesamtleistung der Heizvorrichtung beschränken.The inventive design of the connecting sections with respect to the conductor sections with respect to the conductivity leads to the conductor sections can be arranged particularly narrow successively, without this would result in the connection sections and the relevant ends of the conductor sections over the rest increased temperature generation. The heating device according to the invention is therefore designed such that the distance between the conductor sections (in particular the adjacent conductor sections) to each other is not more than 10%, 25%, 50% or 75% of the width of the respective conductor sections. In particular, the distance between the conductor sections is not greater than the width of the conductor sections. It allows a particularly dense construction and in particular results in a particularly high area-related heat yield (i.e., thermal conversion performance). As mentioned, in the prior art, a particularly narrow embodiment of the conductor sections is associated with a very narrow guidance of the connection sections, hotspots resulting from this narrow guide at the connection sections which limit the overall performance of the heating device.

Mit der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann eine besonders dichte Anordnung der Leiterabschnitte realisiert werden. Die Leiterabschnitte und die Verbindungsabschnitte sind vorzugsweise flächig angeordnet, wobei eine geschlossene Linie, die alle Leiterabschnitte und Verbindungsabschnitte umschreibt, einen Flächeninhalt aufweist, von dem mindestens 50%, 75%, 80% oder 90% von den Leiterabschnitten (insbesondere von den Leiterabschnitten und den Verbindungsabschnitten) belegt sind. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Ausführung bei hoher Nennleistung. Die Linie, welche die Leiterabschnitte und die Verbindungsabschnitte der Heizvorrichtung umschreibt, beispielsweise ein Rechteck oder ein Quadrat, insbesondere wenn die Leiterabschnitte parallel zueinander sind und auf gleicher Höhe enden. Alternativ können die geschlossene Linie auch ein beliebiger Polyeder sein, etwa ein Trapez, ein Parallelogramm, allgemein ein Viereck, ein Sechseck, Achteck oder auch ein Kreis oder ein Oval. Die Form, welche die Abschnitte abdecken (und somit die Form der wärmeabgebenden Fläche) kann an die Anwendung angepasst sein, wobei wie erwähnt der Großteil der von den Abschnitten insgesamt abgedeckte Flächenumfang (insbesondere definiert durch die umschreibende, geschlossene Linie) von den Leiterabschnitten bzw. von den Leiterabschnitten und den Verbindungsabschnitten abgedeckt bzw. belegt ist.With the heating device according to the invention, a particularly dense arrangement of the conductor sections can be realized. The conductor sections and the connection sections are preferably arranged flat, with a closed line circumscribing all conductor sections and connection sections having an area of at least 50%, 75%, 80% or 90% of the conductor sections (in particular the conductor sections and the conductor sections) Connecting sections) are occupied. This allows a particularly compact design with high nominal power. The line which circumscribes the conductor sections and the connecting sections of the heating device, for example a rectangle or a square, in particular if the conductor sections are parallel to one another and end at the same height. Alternatively, the closed line may also be any polyhedron, such as a trapezoid, a parallelogram, generally a quadrangle, a hexagon, octagon or even a circle or an oval. The shape that covers the sections (and thus the shape of the heat-emitting surface) may be adapted to the application, as mentioned, the majority of the area covered by the sections (defined in particular by the circumscribed, closed line) of the conductor sections or is covered or occupied by the conductor sections and the connecting sections.

Weniger als die Hälfte der Fläche, auf denen sich die Abschnitte (d.h. die Leiter- und die Verbindungsabschnitte) befinden (einschließlich der Lücken zwischen den Abschnitten), ist nicht von einem Abschnitt abgedeckt. In anderen Worten ist vorzugsweise weniger als die Hälfte des Flächeninhalts der geschlossenen Linie, die die Abschnitte umschreibt, frei bzw. nicht von einem Abschnitte, insbesondere Leiterabschnitt, abgedeckt.Less than half the area on which the sections (i.e., the conductor and connecting sections) are located (including the gaps between the sections) is not covered by a section. In other words, preferably less than half of the surface area of the closed line circumscribing the sections is free or not covered by a section, in particular a ladder section.

Die Fahrzeug-Heizvorrichtung ist insbesondere als Heizwiderstand ausgebildet, beispielsweise einer Klimaanlage eines Fahrzeugs oder als Rekuperationswiderstand eines Fahrzeugs oder als Lastwiderstand eines Fahrzeugs oder auch für allgemeine Anwendungen. Das Fahrzeug ist hierbei insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, bei dem Wärme mittels eines Heizwiderstands erzeugt wird. Die Heizvorrichtung kann insbesondere auch als Heizwiderstand einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, etwa eines Katalysators, ausgebildet sein. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung bzw. der Katalysator gehören vorzugsweise einem Fahrzeug an. Der Rekuperationswiderstand ist ein Widerstand, der in einem Fahrzeugbordnetz Strom erhält, wenn elektrische Energie rekuperiert wird, das heißt von einer elektrischen Maschine aus kinetische Energie in Form von elektrischer Energie erzeugt wird. Der Rekuperationswiderstand bildet somit eine Last für eine als Generator arbeitende elektrische Maschine, die beispielsweise dann in einem aktiven Zustand ist, wenn Wärme erzeugt werden soll oder wenn ein Akkumulator, beispielsweise ein Aktionsakkumulator, etwa aufgrund des Ladezustands nicht in der Lage ist, die gesamte rekuperierte Energie aufzunehmen.The vehicle heating device is designed, in particular, as a heating resistor, for example an air conditioning system of a vehicle or as a recuperation resistance of a vehicle or as a load resistance of a vehicle or else for general applications. The vehicle here is in particular a hybrid vehicle or an electric vehicle in which heat is generated by means of a heating resistor. The heating device can in particular also be designed as a heating resistor of an exhaust gas aftertreatment device, for example a catalytic converter. The exhaust aftertreatment device or the catalyst preferably belong to a vehicle. The Rekuperationswiderstand is a resistor that receives power in a vehicle electrical system when electrical energy is recuperated, that is generated by an electric machine kinetic energy in the form of electrical energy. The Rekuperationswiderstand thus forms a load for a working as a generator electric machine, which is in an active state, for example, when heat is to be generated or if an accumulator, such as an action accumulator, for example due to the state of charge is not capable of the entire recuperated To absorb energy.

Die hier beschriebene Fahrzeug-Heizvorrichtung weist insbesondere eine Nennleistung von mindestens 500 Watt, mindestens 1 kW, mindestens 2 kW, mindestens 5 kW oder mindestens 10 kW auf, wobei die Nennleistung auch 20 kW oder mehr betragen kann.The vehicle heater described here has in particular a rated power of at least 500 watts, at least 1 kW, at least 2 kW, at least 5 kW or at least 10 kW, the rated power may also be 20 kW or more.

Die Fahrzeug-Heizvorrichtung ist vorzugsweise für eine Nennspannung von ca. 12, 48, 400 Volt oder 800 Volt oder mehr ausgelegt.The vehicle heater is preferably designed for a rated voltage of about 12, 48, 400 volts or 800 volts or more.

Die hier erwähnten Abschnitte sind Längsabschnitte, insbesondere von Leiterbahnen.The sections mentioned here are longitudinal sections, in particular of conductor tracks.

Die Leiterabschnitte, die Verbindungsabschnitte oder beide Abschnittsarten können von einer (strukturierten) kaltgasgespritzten Schicht vorgesehen sein. Ferner können die Längsabschnitte, die Verbindungsabschnitte oder beide Abschnittsarten können mittels Materialstreifen realisiert werden, die teilweise oder vollständig in dem Träger eingelassen sind. Die Leiterabschnitte und/oder die Verbindungsabschnitte können mittels Laser getrimmt sein, etwa um einen konstanten Widerstandsbelag aufzuweisen, etwa mit einer Betrags-Abweichung von nicht mehr als 20%, 10%, 5%, oder 2% (über die Länge des Abschnitts). Die Längsabschnitte können als kaltgasgespritzte Leiter ausgebildet sein, insbesondere als eine Chromnickelschicht. Die Verbindungsabschnitte sind insbesondere aus einem Aluminiummaterial. Die Verbindungsabschnitte können als kaltgasgespritzte Schicht ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Enden der Leiterabschnitte auf (Teilen der) Verbindungsabschnitte aufgebracht. Die Leiterabschnitte können als kaltgasgespritzte Schicht (etwa Chromnickelmaterial) auf einem Träger (etwa Keramik) aufgebracht sein, der bereit mit einer kaltgasgespritzten Schicht (etwa aus Aluminium) versehen ist, welche die Verbindungsabschnitte bildet. Die Fahrzeug-Heizvorrichtung kann hergestellt werden, indem zunächst die Verbindungsabschnitte auf einen Träger aufgebracht werden, etwa durch Kaltgasspritzen. Dann können die Leiterabschnitte aufgebracht werden, etwa durch Kaltgasspritzen, insbesondere einer Chromnickellegierung oder eines anderen Heizwiderstandmaterials (etwa wie es hierin genannt ist).The conductor portions, the connection portions or both types of portions may be provided by a (structured) cold gas injection layer. Furthermore, the longitudinal sections, the connecting sections or both types of sections can be realized by means of strips of material, which are partially or completely embedded in the carrier. The conductor portions and / or the connecting portions may be trimmed by lasers, such as to have a constant resistivity, such as an amount deviation of not more than 20%, 10%, 5%, or 2% (over the length of the portion). The longitudinal sections can be designed as cold gas-sprayed conductors, in particular as a chromium nickel layer. The connecting sections are in particular made of an aluminum material. The connecting portions may be formed as a cold gas-sprayed layer. Preferably, the ends of the conductor sections are applied to (parts of) the connecting sections. The conductor sections may be applied as a cold gas sprayed layer (such as chrome nickel material) on a support (such as ceramic) which is ready provided with a cold gas injection layer (such as aluminum) forming the connecting sections. The vehicle heater may be manufactured by first applying the connecting portions to a carrier, such as by cold gas spraying. Then, the conductor sections may be applied, such as by cold gas spraying, in particular a chromium nickel alloy or another Heizwiderstandmaterials (such as is mentioned herein).

Das Heizwiderstandmaterial kann beispielsweise einen spezifischen Widerstand von ca. 2-10, 3 - 6 oder ca. 4 Ohm mm2/m aufweisen. Enden der Leiterabschnitte können die Verbindungsabschnitte bzw. Enden hiervon überlappen. Die Abschnitte können mit Abgriffen versehen sein, etwa durch anbringen von Abgriffleitern, etwa in der Form von vorzugsweise kaltgasgespritzten Abgriffleiterschichten.The heating resistor material may, for example, have a resistivity of about 2-10, 3-6 or about 4 ohms mm 2 / m. Ends of the conductor portions may overlap the connection portions or ends thereof. The portions may be tapped, such as by attaching taps, such as in the form of preferably cold gas-sprayed taps.

Weiterhin kann die Heizvorrichtung einen Körper umfassen, auf dem der Träger angeordnet ist. Der Körper ist insbesondere aus einem wärmeleitenden Material ausgebildet, beispielsweise aus einem Metall wie Aluminium oder Kupfer oder aus einer Legierung, etwa mit mindestens einem dieser Metalle.Furthermore, the heating device may comprise a body on which the carrier is arranged. The body is in particular made of a thermally conductive material, for example of a metal such as aluminum or copper or of an alloy, such as at least one of these metals.

Zudem können die Leiterabschnitte, die Verbindungsabschnitte oder beide Abschnittsarten können jeweils von einer durchgehenden kaltgasgespritzten Schicht vorgesehen sein, die etwa durch Lasertrimmen strukturiert wird. Insbesondere können zunächst die Verbindungsabschnitte als mindestens eine durchgehende Schicht (etwa mindestens eine Aluminiumschicht) aufgebracht werden (beispielsweise durch Kaltgasspritzen oder einer anderen thermisches Spritzverfahrens), die nach dem Aufbringen in die Verbindungsabschnitte strukturiert wird, beispielsweise durch Lasertrimmen. Die mindestens eine durchgehende Schicht kann vorgesehen werden durch zwei durchgehende, einander gegenüberliegende Streifen, insbesondere an entgegengesetzten Rändern des Trägers. Durch das Strukturieren bzw. Lasertrimmen werden die Streifen in ihrer Längsrichtung mehrfach unterbrochen; es ergeben sich voneinander (elektrisch) getrennte Streifenabschnitte, die die Verbindungsabschnitte bilden. Die Leiterabschnitte werden (insbesondere nach dem Aufbringen der Verbindungsabschnitte) als strukturierte Abschnitte, etwa als Streifen aufgebracht (beispielsweise durch Kaltgasspritzen oder einer anderen thermisches Spritzverfahrens), oder werden als (mindestens) eine durchgehende Schicht aufgebracht, die nach dem Aufbringen strukturiert wird, etwa durch Laserschweißen. Durch das Aufbringen des Materials bzw. der Schicht der Leiterabschnitte werden diese elektromechanisch mit dem Verbindungsabschnitten verbunden. Die strukturierten Abschnitte bzw. die mindestens eine durchgehende Schicht, die die Leiterabschnitte ausbilden, werden derart aufgebracht, dass sie die mehreren durchgehenden Schichten, welche die Verbindungsabschnitte ausbilden, verbinden. Durch das Strukturieren bzw. strukturierte Aufbringen der Leiterabschnitte und/oder der Verbindungsabschnitte werden die Leiterabschnitte in eine Reihenschaltung gebracht, und werden jeweils von den Verbindungsabschnitten verbunden. Insbesondere können Anzapfungen der Verbindungsabschnitte ausgebildet werden, indem die Verbindungsabschnitte strukturiert aufgebracht werden oder indem die Schicht oder Schichten, die die Verbindungsabschnitte bilden, nach dem Auftragen strukturiert werden, etwa durch Lasertrimmen. Die Leiterabschnitte können auch vor dem Aufbringen der Verbindungsabschnitte aufgebracht und vorzugsweise auch strukturiert werden.In addition, the conductor sections, the connection sections or both types of sections can each be provided by a continuous cold gas-sprayed layer, which is structured approximately by laser trimming. In particular, first of all the connecting sections can be applied as at least one continuous layer (for example at least one aluminum layer) (for example by cold gas spraying or another thermal spraying method), which is structured after application in the connecting sections, for example by laser trimming. The at least one continuous layer can be provided by two continuous, opposing strips, in particular on opposite edges of the carrier. By structuring or laser trimming the strips are interrupted several times in their longitudinal direction; This results in mutually (electrically) separate strip sections which form the connecting sections. The conductor sections are applied (in particular after the application of the connection sections) as structured sections, for example as strips (for example by cold gas spraying or another thermal spraying method), or are applied as (at least) one continuous layer, which is structured after application, for instance laser welding. By applying the material or the layer of the conductor sections they are electromechanically connected to the connecting portions. The structured sections or the at least one continuous layer, which form the conductor sections, are applied in such a way that they connect the several continuous layers, which form the connection sections. By structuring the conductor portions and / or the connection portions, the conductor portions are connected in series, and are connected by the connection portions, respectively. In particular, taps of the connection portions may be formed by patterning the connection portions or by patterning the layer or layers forming the connection portions after application, such as by laser trimming. The conductor sections can also be applied and preferably also structured before the application of the connection sections.

Mit anderen Worten kann die Fahrzeug-Heizvorrichtung mit mehreren Leiterabschnitten versehen sein, die kaltgasgespritzt sind und lasergetrimmt bzw. durch Lasertrimmen strukturiert sind (oder als strukturiert aufgebrachte Schicht realisiert sind). Die Fahrzeug-Heizvorrichtung kann mit Verbindungsabschnitten versehen sein, die kaltgasgespritzt sind und lasergetrimmt bzw. durch Lasertrimmen strukturiert sind (oder als strukturiert aufgebrachte Schicht realisiert sind). Enden der Leiterabschnitte sind auf Teilen der Verbindungsabschnitte angeordnet, oder umgekehrt. Die Verbindungsabschnitte und die Leiterabschnitte sind auf dem Träger angeordnet. Der Träger kann auf einem Körper wie oben beschrieben angeordnet sein. Diese Anordnung kann durch Kaltgasspritzen oder durch ein anderes thermisches Spritzverfahren vorgesehen sein. Der Träger kann als kaltgasgespritzte Schicht ausgebildet sein.In other words, the vehicle heater may be provided with a plurality of conductor sections that are cold sprayed and laser trimmed or patterned by laser trimming (or realized as a structured deposited layer). The vehicle heating device can be provided with connecting sections which are cold-gas-injected and laser-trimmed or structured by laser trimming (or realized as a structured layer). Ends of the conductor sections are arranged on parts of the connecting sections, or vice versa. The connecting sections and the conductor sections are arranged on the carrier. The carrier may be arranged on a body as described above. This arrangement can be provided by cold gas spraying or by another thermal spraying method. The carrier may be formed as a cold gas-sprayed layer.

Es wird eine elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung mit mehreren Leiterabschnitten beschrieben, die wie hier dargestellt ausgebildet sein können und insbesondere entlang einander verlaufen. Die Vorrichtung umfasst ferner mehrere Verbindungsabschnitte, die insbesondere wie hier dargestellt ausgebildet sind. Die Verbindungsabschnitte verbinden die Leiterabschnitte vorzugsweise in Reihe. Die Verbindungsabschnitte und/oder die Leiterabschnitte sind kaltgasgespritzte Schichten. Insbesondere überlappen die Leiterabschnitte teilweise die Verbindungsabschnitte, um mit diesen durch körperlichen Kontakt elektrische verbunden zu werden. Die Leiterabschnitte werden teilweise auf die Verbindungsabschnitte aufgespritzt. Der Leitfähigkeitsbelag der Verbindungsabschnitte kann mindestens das Doppelte des Leitfähigkeitsbelag der Leiterabschnitte betragen, oder in einer anderen, hier dargestellten Weise sich zum Leitfähigkeitsbelag der Leiterabschnitte verhalten. Anstatt des hier beschriebenen Kaltgasspritzens kann auch ein anderes thermisches Spritzverfahren angewandt werden; die Abschnitte können allgemein gespritzte Schichten sein, insbesondere thermisch gespritzte Schichten. Die Abschnitte bilden einen Flächenwiderstand.A description is given of a vehicle electrical heater having a plurality of conductor sections, which may be formed as shown here and in particular run along one another. The device further comprises a plurality of connecting sections, which are designed in particular as shown here. The connecting sections connect the Conductor sections preferably in series. The connecting sections and / or the conductor sections are cold gas-sprayed layers. In particular, the conductor portions partially overlap the connection portions to be electrically connected thereto by physical contact. The conductor sections are partially sprayed onto the connecting sections. The conductivity of the connecting portions may be at least twice the conductivity of the conductor sections, or behave in another way, shown here, the conductivity of the conductor sections. Instead of the cold gas spraying described here, another thermal spraying method can also be used; the sections may be generally sprayed layers, in particular thermally sprayed layers. The sections form a sheet resistance.

Der Leitwert der Verbindungsabschnitte ist (bezogen auf den Leitwert der Leiterabschnitte) derart ausgestaltet, dass sich im Dauerbetrieb, beispielsweise mit Nennleistung, eine Temperaturdifferenz zwischen der Maximaltemperatur aller Leiter- und Abschnitte und der Durchschnittstemperatur aller Abschnitte von nicht mehr als 10K, 20K, 30K oder 50K auftritt. Mit anderen Worten ist der Leitwert der Verbindungsabschnitte (bezogen auf den Leitwert der Leiterabschnitte) derart ausgestaltet, dass sich ein Leistungsbelag (d.h. Leistung der Wandlung von elektrischer Energie in Wärme bezogen auf die Länge des Abschnitts) für die Verbindungsabschnitte ergibt, dessen Maximum nicht mehr als 200%, 150%, 120% oder 100% des (Durchschnitts des) Leistungsbelags der Leiterabschnitte beträgt.The conductance of the connecting sections is designed (based on the conductance of the conductor sections) such that in continuous operation, for example at rated power, a temperature difference between the maximum temperature of all conductors and sections and the average temperature of all sections of not more than 10K, 20K, 30K or 50K occurs. In other words, the conductance of the connecting portions (relative to the conductance of the conductor portions) is designed to provide a power (ie electric power to heat conversion based on the length of the portion) for the connecting portions whose maximum is not more than 200%, 150%, 120% or 100% of the (average of) the performance coverage of the conductor sections.

Die Verbindungsabschnitte und/oder die Leiterabschnitte sind als Streifen ausgebildet. Die Leiterabschnitte verlaufen entlang einander, insbesondere parallel zueinander, und vorzugsweise äquidistant. Die Verbindungsabschnitte können aus Draht ausgebildet sein, wobei die sich ergebenden Drahtabschnitte nicht nur einen rechteckigen Querschnitte sondern auch andere Querschnittsformen aufweisen können. Auch die Leiterabschnitte können aus Draht sein.The connecting sections and / or the conductor sections are formed as strips. The conductor sections run along each other, in particular parallel to one another, and preferably equidistant. The connecting portions may be formed of wire, wherein the resulting wire portions may not only have a rectangular cross-section but also other cross-sectional shapes. The conductor sections can be made of wire.

Die Heizvorrichtung kann somit flächig gespritzte Widerstände umfassen, die isolierend auf einem Körper, insbesondere einem Körper, kaltgasgespritzt sind. Um eine gute Wärmeleitung (zum Körper) darzustellen, wird ein keramischer Werkstoff mit einer guten Wärmeleitung (etwa mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 20 W/ (m*K) , 50 W/ (m*K) , 100 W/ (m*K) , 150 W/ (m*K) oder 200 W/(m*K), etwa Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid, oder ein anderer keramischer Werkstoff) auf eine Wärmesenke (etwa in Form des Körpers) im thermischen Spritzverfahren aufgebracht. Die Wärmesenke kann aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung hergestellt sein. Der keramische Werkstoff ist nicht nur Wärmeleiter sondern gleichzeitig Isolator Es wird in einem weiteren (insbesondere darauf folgenden) Schritt ein Heizleiterwerkstoff (insbesondere wie hier angeben) ebenfalls im thermischen Spritzverfahren appliziert. Dadurch werden die Leiterabschnitte ausgebildet. Dieser Werkstoff hat vorzugsweise einen hohen Leiterbahnwiderstand, d.h. einen höheren Widerstandsbelag als die Verbindungsabschnitte, insbesondere einen höheren spezifischen Widerstand. Das Verhältnis der spezifischen Widerstände kann beispielsweise mindestens 15, 25 oder 30 betragen. In einem Ausführungsbeispiel wird Chromnickel (NiCr20) mit einem spezifischen Widerstand von zirka 4 Ohm *mm2 / m verwendet, um die Leiterabschnitte darzustellen. Um einen definierten Widerstandswert zu erhalten, kann die Flächengeometrie derart gewählt, dass eine Widerstandserhöhung (der Leiterabschnitte) mittels Lasertrimmen realisiert werden kann. Es können große Widerstandsflächen (Material NiCr20) spritztechnisch hergestellt (zur Ausbildung der Leiterabschnitte), die jeweils Verbindungsabschnitte (etwa aus Aluminium) überlappen. Eine vorgegebene Anzahl der Abschnitte und gegebenenfalls ausgeführter Abgriffe resultiert in einer vorbestimmten Anzahl von Widerständen. In einem weiteren Fertigungsschritt werden die Widerstände (d.h. die Leiterabschnitte) zwischen den Verbindungsabschnitten aktiv hergestellt, indem mittels Laserstrukturieren Widerstandsmaterial herausgeschnitten wird und somit vorherbestimmte Widerstandsbahnen und somit auch vorbestimmte Widerstandslängen erzeugt werden. Dies bedeutet jedoch, dass nur voreingestellte Widerstandswerte erreicht werden. Die Verbindungsabschnitte können insbesondere als Leiterbahnen ausgebildet sein.The heating device can thus comprise surface-sprayed resistors which are cold-sprayed on a body, in particular a body, in an insulating manner. In order to show a good heat conduction (to the body), a ceramic material with a good heat conduction (eg with a thermal conductivity of at least 20 W / (m * K), 50 W / (m * K), 100 W / (m * K ), 150 W / (m * K) or 200 W / (m * K), such as aluminum nitride, alumina, or other ceramic material) are applied to a heat sink (such as in the form of the body) by thermal spraying. The heat sink may be made of aluminum or an aluminum alloy. The ceramic material is not only heat conductor but at the same time insulator. In a further (in particular following) step, a heating conductor material (in particular as stated here) is likewise applied in the thermal spraying method. As a result, the conductor sections are formed. This material preferably has a high strip resistance, ie a higher resistance layer than the connecting sections, in particular a higher specific resistance. The ratio of resistivities may be, for example, at least 15, 25 or 30. In one embodiment, chromium nickel (NiCr 2 O) with a resistivity of approximately 4 ohm * mm 2 / m is used to represent the conductor sections. In order to obtain a defined resistance value, the surface geometry can be chosen such that an increase in resistance (the conductor sections) can be realized by means of laser trimming. Large resistive surfaces (NiCr20 material) can be produced by injection molding (to form the conductor sections), each of which overlaps connecting sections (made of aluminum, for example). A predetermined number of sections and optionally performed taps results in a predetermined number of resistors. In a further manufacturing step, the resistors (ie the conductor sections) between the connecting sections are actively produced by cutting out resistor material by means of laser structuring and thus producing predetermined resistance paths and thus also predetermined resistance lengths. However, this means that only preset resistance values are achieved. The connection sections may in particular be designed as strip conductors.

In der folgenden Ausführungsform ist dargestellt, wie nun die gleiche Fläche genutzt werden kann, um den Widerstandswert zu verändern. Die Schicht, welche die Widerstände bzw. die Leiterabschnitte bildet, insbesondere eine Chromnickelschicht, wird über eine definiere Fläche mittels thermischen Gasspritzen über zwei zuvor hergestellten gegenüberliegende Leiterbahnen (welche die Verbindungsabschnitte bilden, insbesondere aus Aluminium) aufgetragen. Die Leiterbahnen befinden sich an entgegengesetzten Rändern des Trägers. Es werden (in der Anzahl und/oder Anordnung) vorbestimmte Abgriffe für Untergruppen der Widerstände, d.h. der Leiterabschnitte hergestellt, vorzugsweise im gleichen Arbeitsgang hergestellt. Mittels Laserstrukturieren können nun beliebige Anzahlen an Widerstandsbahnen (d.h. Leiterabschnitte) erzeugt werden. So kann zum Beispiel ein Widerstand (d.h. der Widerstand einer oder mehrerer Leiterabschnitte) um ein Vielfaches seines ursprünglichen Wertes verändert werden (erhöht oder erniedrigt). Es lassen sich für einen gewünschten Leistungsbereich und einem festen Flächenfaktor beliebige Widerstandswerte innerhalb einer vorgegebenen Fläche realisieren.In the following embodiment it is shown how now the same area can be used to change the resistance value. The layer which forms the resistors or the conductor sections, in particular a chromium nickel layer, is applied over a defined area by means of thermal gas spraying over two previously produced opposite conductor tracks (which form the connecting sections, in particular of aluminum). The tracks are at opposite edges of the carrier. There are predetermined taps (in number and / or arrangement) for subgroups of resistors, i. made of the conductor sections, preferably produced in the same operation. By means of laser structuring any number of resistance paths (i.e., conductor sections) can now be generated. For example, a resistance (i.e., the resistance of one or more conductor sections) may be changed (increased or decreased) by a multiple of its original value. Any resistance values within a given area can be realized for a desired power range and a fixed area factor.

Die 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der hier beschriebenen Heizvorrichtung.The 1 shows an exemplary embodiment of the heating device described here.

Die 1 zeigt eine Heizvorrichtung H mit einem Träger T, auf dem Leiterabschnitte L und Verbindungsabschnitte V angeordnet sind. Die Leiterabschnitte sind zueinander parallel angeordnet, im dargestellten Beispiel in der flächigen Form eines Rechtecks. Die Verbindungsabschnitte verbinden wechselweise Enden der Leiterabschnitte, sodass sich eine Serienschaltung der Leiterabschnitte ergibt. Mit anderen Worten werden durch die Verbindungsabschnitte V die Leiterabschnitte in Reihe miteinander verbunden. Es ergibt sich die bereits erwähnte Reihenschaltung.The 1 shows a heater H with a support T, on the conductor sections L and connecting portions V are arranged. The conductor sections are arranged parallel to one another, in the illustrated example in the planar shape of a rectangle. The connecting sections connect alternately ends of the conductor sections, resulting in a series connection of the conductor sections. In other words, the conductor portions are connected in series by the connecting portions V. This results in the already mentioned series connection.

Die Enden der Reihenschaltung sind mit zwei Anschlüssen P versehen, an denen eine Spannung angelegt werden kann, um so insbesondere durch die Leiterabschnitte L elektrische Leistung zu führen, die in Wärme umgewandelt wird. Die dargestellten Leiterabschnitte weisen alle die gleiche Breite auf, wobei dies auch für die Verbindungsabschnitte V gilt. Die Breite der Leiterabschnitte untereinander oder der Verbindungsabschnitte kann unterschiedlich sein; insbesondere kann die Breite der Leiterabschnitte von der Breite der Verbindungsabschnitte verschieden sein oder kann gleich sein. Dargestellt ist ebenso, dass in dem gezeigten Beispiel die Breite B der Leiterabschnitte größer ist als der Abstand A zwischen den (benachbarten) Leiterabschnitten L. Dies ermöglicht eine besonders hohe flächenbezogene Wärmeleistung, die dadurch ermöglicht wird, dass die Verbindungsabschnitte V einen deutlich größeren Leitfähigkeitsbelag als die Leiterabschnitte L haben, wodurch sich an den Verbindungsabschnitten kein Hotspot bildet.The ends of the series circuit are provided with two terminals P to which a voltage can be applied so as to conduct electric power, in particular, through the conductor portions L, which is converted into heat. The illustrated conductor sections all have the same width, and this also applies to the connection sections V. The width of the conductor sections with each other or the connecting sections may be different; In particular, the width of the conductor sections may be different from the width of the connection sections or may be the same. It is also shown that in the example shown, the width B of the conductor sections is greater than the distance A between the (adjacent) conductor sections L. This allows a particularly high area-related heat output, which is made possible by the connecting sections V a much larger conductivity coating than have the conductor sections L, which forms no hotspot at the connecting sections.

Mit anderen Worten sind die Verbindungsabschnitte V derart ausgebildet, dass die flächenbezogene (oder längenbezogene) Wärmeleistung an den Verbindungsabschnitten kleiner ist als an den Leiterabschnitten. Es wird vermieden, dass an den Verbindungsabschnitten V oder den von den verbundenen Enden der Leiterabschnitte L flächenbezogen mehr Wärme erzeugt wird, als an den Leiterabschnitten L, um zu verhindern, dass Hotspots auftreten, welche die Gesamtleistung der Heizvorrichtung H beschränken (oder um derartige Hotspots im Vergleich zu Strukturen mit Verbindungsabschnitten und Leiterabschnitten gleichen Leitfähigkeitbelags zu verringern).In other words, the connection portions V are formed such that the area-related (or length-related) heat output at the connection portions is smaller than at the conductor portions. It is avoided that more heat is generated at the connection sections V or the area-related more heat from the connected ends of the conductor sections than at the conductor sections L in order to prevent hotspots which limit the total output of the heater H (or to such hotspots reduce the same conductivity compared to structures with connecting sections and conductor sections).

Ein Träger T ist als Keramiksubstrat ausgebildet, wobei die Abschnitte als Leiterbahnen oder als Leiterbahnen auf diesem Substrat ausgebildet sind.A carrier T is formed as a ceramic substrate, wherein the portions are formed as conductor tracks or as conductor tracks on this substrate.

Die Abschnitte bilden eine Leiterbahn, die einen Leitfähigkeitsbelag mit der Krümmung variiert. Der Leitfähigkeitsbelag eines Abschnittes und dessen Krümmung sind über eine steigende Funktion verknüpft; eine hohe Krümmung bedeutet auch ein hoher Leitfähigkeitsbelag. Bereiche der Vorrichtung, in denen Leiterabschnitte ausgebildet sind, weisen einen geringeren anteiligen Flächenbelag auf als Bereiche der Vorrichtung, in denen Verbindungsabschnitte oder Verbindungsabschnitte und Leiterabschnitte ausgebildet sind. Verbindungsabschnitte sind Abschnitte des Heizwiderstands, die eine stärkere Krümmung in ihrer Längsachse aufweisen als andere Abschnitte, die als Leiterabschnitte bezeichnet werden. Ein Abschnitt mit einer ersten Krümmung weist einen höheren (mindestens doppelten, dreifachen, fünfachen, zehnfachen oder zwanzigfachen) Leitungsbelag auf als ein Abschnitt mit einer zweiten Krümmung, die kleiner ist als die erste Krümmung.The sections form a track which varies a conductivity pad with the curvature. The conductivity coating of a section and its curvature are linked by an increasing function; a high curvature also means a high conductivity coating. Areas of the device, in which conductor sections are formed, have a smaller proportional surface covering than areas of the device in which connecting sections or connecting sections and conductor sections are formed. Connecting sections are sections of the heating resistor which have a greater curvature in their longitudinal axis than other sections, which are referred to as conductor sections. A portion having a first curvature has a higher (at least double, triple, five, ten or twenty times) conduction stress than a portion having a second curvature smaller than the first curvature.

Das Material der Verbindungsabschnitte V kann einen spezifischen Widerstand von ca. 8*10-8 Ohm*m aufweisen, etwa Aluminium. Das Material der Leiterabschnitte L kann einen spezifischen Widerstand von ca. 2*10-6 Ohm*m aufweisen, etwa eine Ni-Cr-Legierung.The material of the connecting portions V may have a resistivity of about 8 * 10 -8 ohm * m, such as aluminum. The material of the conductor portions L may have a resistivity of about 2 * 10 -6 ohm * m, such as a Ni-Cr alloy.

Claims (12)

Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) mit mehreren Leiterabschnitten (L), die entlang einander verlaufen und mit mehreren Verbindungsabschnitten (V), die die Leiterabschnitte (L) in Reihe verbinden, wobei der Leitfähigkeitsbelag der Verbindungsabschnitte (V) mindestens das Doppelte des Leitfähigkeitsbelag der Leiterabschnitte (L) beträgt.A vehicular electric heater (H) having a plurality of conductor portions (L) extending along each other and having a plurality of connecting portions (V) connecting the conductor portions (L) in series, the conductive covering of the connecting portions (V) being at least twice the conductivity of the Conductor sections (L) is. Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach Anspruch 1, wobei die spezifische Leitfähigkeit, die Querschnittsfläche, die Dicke oder die Breite der Verbindungsabschnitte (V) mindestens das Doppelte der spezifische Leitfähigkeit, der Querschnittsfläche, der Dicke oder der Breite (B) der Leiterabschnitte (L) beträgt.Electric vehicle heater (H) after Claim 1 wherein the specific conductivity, the cross-sectional area, the thickness or the width of the connecting portions (V) is at least twice the specific conductivity, the cross-sectional area, the thickness or the width (B) of the conductor sections (L). Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsabschnitte (V) aus einem anderen Material vorgesehen sind als die Leiterabschnitte (L) und die spezifische Leitfähigkeit des Materials der Verbindungsabschnitte (V) mindestens das Doppelte, Vierfache oder Zehnfache der spezifischen Leitfähigkeit des Materials der Leiterabschnitte (L) beträgt.Electric vehicle heater (H) after Claim 1 wherein the connecting portions (V) are made of a different material than the conductor portions (L) and the specific conductivity of the material of the connecting portions (V) is at least twice, four times or ten times the specific conductivity of the material of the conductor portions (L). Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsabschnitte (V) und die Leiterabschnitte (L) entlang einer Fläche oder einer Ebene verlaufen.An electric vehicle heating apparatus (H) according to any one of the preceding claims, wherein the connecting portions (V) and the conductor portions (L) extend along a surface or a plane. Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsabschnitte (V) und die Leiterabschnitte (L) auf einem elektrisch isolierenden Träger (T) angeordnet sind.An electric vehicle heater (H) according to any one of the preceding claims, wherein the connecting portions (V) and the conductor portions (L) are arranged on an electrically insulating support (T). Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterabschnitte (L) gerade sind und zueinander parallel verlaufen oder benachbarte Leiterabschnitte (L) äquidistant entlang einer Kurve verlaufen.Electric vehicle heating device according to one of the preceding claims, wherein the conductor sections (L) are straight and parallel to each other or adjacent conductor sections (L) extend equidistantly along a curve. Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Enden benachbarter Leiterabschnitte (L), die jeweils mittels eines Verbindungsabschnitts (V) verbunden sind, nicht mehr als das 120%, 150% oder 200% des Abstands der Leiterabschnitte (L) voneinander beabstandet sind.A vehicle electric heater (H) according to any one of the preceding claims, wherein ends of adjacent conductor portions (L) each connected by a connection portion (V) are not more than 120%, 150% or 200% of the pitch of the conductor portions (L ) are spaced from each other. Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Abstand (A) der Leiterabschnitte (L) zueinander nicht mehr als 10%, 25%, 40% oder 75% der Breite (B) der jeweiligen Leiterabschnitte beträgt.A vehicle electric heater (H) according to any one of the preceding claims, wherein the distance (A) of the conductor portions (L) from each other is not more than 10%, 25%, 40% or 75% of the width (B) of the respective conductor portions. Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leiterabschnitte und die Verbindungsabschnitte flächig angeordnet sind und eine alle Leiterabschnitte und Verbindungsabschnitte umschreibende, geschlossene Linie einen Flächeninhalt aufweist, von dem mindestens 50%, 75% oder 80% von den Leiterabschnitten (L) belegt werden.Electric vehicle heating device (H) according to any one of the preceding claims, wherein the conductor portions and the connecting portions are arranged flat and a closed line circumscribing all conductor portions and connecting portions has an area of which at least 50%, 75% or 80% of the conductor sections (L) are occupied. Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) als Heizwiderstand einer Klimaanlage eines Fahrzeugs oder als Rekuperationswiderstand eines Fahrzeugs ausgebildet ist.Electric vehicle heating device (H) according to one of the preceding claims, wherein the vehicle heating device (H) is designed as a heating resistor of an air conditioner of a vehicle or as Rekuperationswiderstand of a vehicle. Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) für eine Nennleistung von mindestens 500 W, 1 kW, 2 kW, 5 kW oder 10 kW ausgelegt ist.Electric vehicle heater (H) according to one of the preceding claims, wherein the vehicle heater (H) is designed for a rated power of at least 500 W, 1 kW, 2 kW, 5 kW or 10 kW. Elektrische Fahrzeug-Heizvorrichtung (H) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsabschnitte und/oder die Leiterabschnitte als kaltgasgespritzte Schicht ausgebildet sind.Electric vehicle heating device (H) according to any one of the preceding claims, wherein the connecting portions and / or the conductor portions are formed as a cold gas injection layer.
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