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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für ein elektrisch betriebenes Fahrzeugheizgerät, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers.
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Fahrzeuge, beispielsweise Kraftfahrzeuge, weisen häufig eine Fahrzeugkabine auf, in welcher sich ein Fahrer und/oder Passagiere aufhalten. Zur Sicherstellung des Wohlbefindens des Fahrzeugführers und/oder der Passagiere ist diese Fahrzeugkabine üblicherweise beheizbar. Zu diesem Zweck ist in dem Fahrzeug in der Regel eine entsprechende Heizmöglichkeit vorgesehen. Eine derartige Heizmöglichkeit umfasst normalerweise einen Wärmetauscher, in dem thermische Energie auf ein zu erwärmendes Fluid übertragen wird. Neuerdings umfasst ein derartiger Wärmetauscher zusätzlich oder ausschließlich immer häufiger eine Möglichkeit zur Erwärmung des Wärmetauscherkörpers. Das zu erwärmende Fluid kann dann elektrisch erwärmt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wärmetauscher mit elektrischer Heizeinrichtung sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung bereit zu stellen.
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Beschrieben ist ein Wärmetauscher, insbesondere für ein elektrisch betriebenes Fahrzeugheizgerät. Der Wärmetauscher umfasst einen Wärmetauscherkörper. Der Wärmetauscherkörper kann metallisch sein oder eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweisen. Sofern der Wärmetauscherkörper metallisch ist, ist er zumindest teilweise auf einem Teil seiner Oberfläche mit einer elektrisch isolierenden Schicht beschichtet. Der Wärmetauscher umfasst weiter eine elektrische Heizschicht, die mindestens eine Heizleiterbahn umfasst, sowie mindestens eine elektrische Anschlussleitung für mindestens ein elektronisches Bauteil. Die elektrische Heizschicht und die mindestens eine elektrische Anschlussleitung sind als Beschichtung auf die isolierende Schicht aufgetragen, wenn der Wärmetauscherkörper metallisch ist. Andernfalls, wenn der Wärmetauscherkörper eine elektrisch isolierende Oberfläche hat, sind die elektrische Heizschicht und die mindestens eine elektrische Anschlussleitung als Beschichtung direkt auf den Wärmetauscherkörper aufgetragen. Der mit der elektrischen Heizschicht beschichtete Teil der Oberfläche kann beispielsweise vollständig auf einer Seite des Wärmetauscherkörpers liegen. Auf diese Weise können Verkabelungen zumindest teilweise eingespart werden. So entfallen beispielsweise zunächst die Kosten für die eingesparten Kabel sowie der damit einhergehende Aufwand zur Montage der eingesparten Kabel. Weiterhin kann auch eine nachträgliche Überprüfung entfallen, ob die eingesparten Kabel korrekt verlegt sind.
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Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass elektrische Anschlusskontakte der mindestens einen Heizleiterbahn vorgesehen sind, die als Kontaktpads ausgeführt sind. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass mindestens ein weiterer elektrischer Anschlusskontakt für die mindestens eine elektrische Anschlussleitung vorgesehen ist, das als weiteres Kontaktpad ausgeführt ist. Durch das Vorsehen der Kontaktpads und des weiteren Kontaktpads kann eine einfache und zuverlässige elektrische Kontaktierung der auf dem Wärmetauscherkörper als Beschichtung aufgetragenen Heizleiterbahn und der mindestens einen elektrischen Anschlussleitung realisiert werden. Kontaktpads sind weiterhin im Allgemeinen zuverlässig und kostengünstig mit weiterführenden elektrischen Leitungen verbindbar, beispielsweise mit Hilfe von Laserschweißen.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Anschlusskontakte und der mindestens eine weitere Anschlusskontakt zu einer Kontaktleiste zusammengefasst sind. Auf diese Weise kann das Herstellen und gegebenenfalls das Lösen der elektrischen Verbindungen weiter vereinfacht werden, da die elektrischen Verbindungen eng beieinander liegen.
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Es kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine elektronische Bauteil auf der elektrisch isolierenden Schicht und/oder der mindestens einen elektrischen Anschlussleitung angeordnet ist. Das elektronische Bauteil kann beispielsweise ein Temperatursensor oder eine Sicherung sein, wobei die Sicherung wiederrum eine Temperatursicherung oder eine auf Überstrom reagierende Sicherung sein kann. Die Sicherung kann weiterhin reversibel oder irreversibel schaltend ausgelegt sein. Weiterhin kann das elektronische Bauteil auch eine Steuerelektronik sein, welche beispielsweise den Stromfluss durch die mindestens eine Heizleiterbahn regelt.
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Der beschriebene Wärmetauscher kann Teil eines elektrisch betriebenen Fahrzeugheizgerätes sein.
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Beschrieben wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschers umfassend das Auftragen einer elektrischen Heizschicht, die mindestens eine Heizleiterbahn umfasst, als Beschichtung auf einer Oberfläche eines Wärmetauscherkörpers, und das Auftragen mindestens einer elektrischen Anschlussleitung für mindestens ein elektronisches Bauteil als Beschichtung auf diese Oberfläche des Wärmetauscherkörpers. Das Beschichten beziehungsweise das Auftragen der Beschichtung kann insbesondere mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens erfolgen. Das Auftragen der elektrischen Heizschicht und der mindestens einen elektrischen Anschlussleitung auf die Oberfläche des Wärmetauscherkörpers als Beschichtung kann beispielsweise gleichzeitig erfolgen. Denkbar ist in diesem Zusammenhang beispielsweise auch, dass die mindestens eine elektrische Anschlussleitung eine, verglichen mit der elektrischen Heizschicht, größere Schichtdicke hat, so dass der resultierende Widerstand der mindestens einen elektrischen Anschlussleitung aufgrund eines größeren Querschnittes viel geringer ist als der Widerstand der mindestens einen Heizleiterbahn, die in der elektrischen Heizschicht gebildet ist. Die Oberfläche kann beispielsweise eine Seite des Wärmetauscherkörpers sein oder diese umfassen.
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Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass vor dem Auftragen der elektrischen Heizschicht und der mindestens einen elektrischen Anschlussleitung auf die Oberfläche des Wärmetauscherkörpers das zumindest teilweise Beschichten der Oberfläche des Wärmetauscherkörpers mit einer isolierenden Schicht erfolgt, wenn der Wärmetauscherkörper metallisch ist. „Zumindest teilweise“ ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass zumindest die Bereiche der Oberfläche mit der elektrisch isolierenden Schicht beschichtet werden, auf die anschließend die elektrische Heizschicht und die mindestens eine elektrische Anschlussleitung aufgetragen werden.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher;
- 2 einen Ausschnitt aus 1 mit zusätzlicher Kontaktleiste;
- 3 eine Seitenansicht eines Wärmetauschers;
- 4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs; und
- 5 ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Wärmetauschers.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichartige Teile.
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen Wärmetauscher 10. Der dargestellte Wärmetauscher 10 hat einen Wärmetauscherkörper 14, der metallisch ist und dessen sichtbare Seite, die Teil einer Oberfläche des Wärmetauscherkörpers 14 ist, teilweise von einer elektrisch isolierenden Schicht 16 bedeckt ist. Die isolierende Schicht 16 kann beispielsweise als Beschichtung auf den metallischen Wärmetauscherkörper 14 mit Hilfe von thermischem Spritzen aufgetragen sein. Auf der elektrisch isolierenden Schicht 16 sind Heizleiterbahnen 20, 22 erkennbar, die gemeinsam eine elektrische Heizschicht bilden. Die dargestellten Heizleiterbahnen 20, 22 münden in elektrischen Anschlusskontakten 32, 34, 36, 38, die über den Wärmetauscherkörper 14 hinausragen und beispielsweise als Kontaktpads ausgebildet sein können. Die Heizleiterbahnen 20, 22 sind bifilar ausgestaltet, wobei sich die einzelnen Heizleiterbahnen 20, 22 nochmals in parallel zueinander verlaufende Heizleiterstränge aufspalten. Zwischen den beiden Heizleiterbahnen 20, 22 sind elektrische Anschlussleitungen 24, 26 auf der elektrisch isolierenden Schicht 16 angeordnet. Die elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 können ebenfalls, genau wie die Heizleiterbahnen 20, 22 mit Hilfe von thermischem Spritzen auf die elektrisch isolierende Schicht 16 aufgetragen sein. Die elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 können, genau wie die Heizleiterbahnen 20, 22 über weitere elektrische Anschlusskontakte 40, 42 verfügen, welche ebenfalls über den Wärmetauscherkörper 14 hinausragen können und als Kontaktpads ausgebildet sein können. Die elektrischen Anschlusskontakte 32, 34, 36, 38 und die weiteren elektrischen Anschlusskontakte 40, 42 können insbesondere nahe beieinander liegen. Abseits der weiteren elektrischen Anschlusskontakte 40, 42 ist ein elektronisches Bauteil 28 dargestellt, welches teilweise auf den elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 und der elektrisch isolierenden Schicht 16 angeordnet ist. Die elektrische Kontaktierung zwischen dem elektronischen Bauteil 28 und der jeweiligen elektrischen Anschlussleitung 24, 26 kann beispielsweise über das Anlöten von „Füßchen“ des elektronischen Bauteils 28 an die beiden elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 realisiert sein. Die elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 können beispielsweise mindestens genauso breit sein wie die Heizleiterbahnen 20, 22. Wenn der Wärmetauscherkörper 14 elektrisch isolierend ist, das heißt eine elektrisch isolierende Oberfläche hat, kann die elektrisch isolierende Schicht 16 entfallen.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus 1 mit zusätzlicher Kontaktleiste 44. Die in 1 dargestellten elektrischen Anschlusskontakte 32, 34, 36, 38 und die weiteren elektrischen Anschlusskontakte 40, 42 sind in 2 in einer gemeinsamen Kontaktleiste 44 zusammengefasst, welche zur elektrischen Kontaktierung, beispielsweise mit einer durch ein Steuergerät bereitgestellten Stromversorgung über ein Kontaktelement 56 koppelbar sind.
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3 zeigt eine Seitenansicht eines Wärmetauschers 10. Der Wärmetauscher 10 umfasst den Wärmetauscherkörper 14, an dem ein Zulauf 52 und ein Ablauf 54 angeordnet sind, über die ein zu erwärmendes Medium 46 in den Wärmetauscherkörper 14 eintreten beziehungsweise austreten kann. Der Zulauf 52 und der Ablauf 54 können beispielsweise als einfache Rohrstutzen ausgebildet sein. Auf der Oberseite des Wärmetauscherkörpers 14 ist die elektrisch isolierende Schicht 16 erkennbar, die die Oberseite des Wärmetauscherkörpers teilweise bedeckt. Der Wärmetauscherkörper 14 kann aus einem metallischen Werkstoff hergestellt und elektrisch leitend sein, so dass die elektrisch isolierende Schicht 16 erforderlich sein kann. Falls der Wärmetauscherkörper 14 aus einem nichtleitenden Material hergestellt ist oder zumindest eine elektrisch isolierende Oberfläche aufweist, kann die elektrisch isolierende Schicht 16 optional auch entfallen. Die elektrisch isolierende Schicht 16 kann beispielsweise mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens als Beschichtung auf den Wärmetauscherkörper 14 aufgetragen sein. Auf der elektrisch isolierenden Schicht 16 sind die elektrische Heizschicht 18 und die elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 erkennbar. Die elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 können insbesondere „dicker“ sein als die elektrische Heizschicht, so dass der von den elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 bereitgestellte Querschnitt, der im Wesentlichen den elektrischen Widerstand der Anschlussleitungen 24, 26 definiert vergleichsweise gering ausfällt. Die elektrische Heizschicht 18 und die elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 können ebenfalls mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens hergestellt sein, insbesondere können die elektrische Heizschicht 18 und die elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 zeitlich nacheinander oder gleichzeitig auf die bereits fertig gestellte elektrisch isolierende Schicht 16 oder direkt auf den Wärmetauscherkörper 14 als Beschichtung aufgetragen sein.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 48. Das dargestellte Fahrzeug 48 umfasst ein Fahrzeugheizgerät 12, das den Wärmetauscherkörper 14 und ein Steuergerät 30 aufweist. Das Steuergerät 30 kann mit einer Stromquelle 50 gekoppelt sein und die verschiedenen möglichen Betriebsmodi des Fahrzeugheizgerätes 12 regeln und überwachen.
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5 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 100 zur Herstellung eines Wärmetauschers 10. In einem ersten Schritt kann ein teilweises Beschichten 102 einer Oberfläche eines Wärmetauscherkörpers 14 mit einer elektrisch isolierenden Schicht 16 erfolgen, wenn der Wärmetauscherkörper 14 metallisch ist. Die Oberfläche kann beispielsweise eine Seite des Wärmetauscherkörpers 14 sein oder umfassen. Wenn der Wärmetauscherkörper elektrisch isolierend ist, kann dieser Schritt entfallen. Die elektrisch isolierende Schicht 16 kann beispielsweise ein Metalloxid sein. Sofern das Beschichten 102 erfolgt, kann es mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens realisiert werden. In einem zweiten Schritt kann ein Auftragen 104 einer elektrischen Heizschicht 18 erfolgen. Die elektrische Heizschicht 18 kann mindestens eine Heizleiterbahn 20, 22 umfassen. Das Auftragen 104 der elektrischen Heizschicht kann beispielsweise mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens erfolgen. Die Struktur der mindestens einen Heizleiterbahn 20, 22 kann wahlweise bereits während des Auftragens 104 oder nachträglich mit einem zusätzlichen Arbeitsschritt durch gezieltes Abtragen zuvor aufgetragenen leitfähigen Materials, beispielsweise mit Hilfe eines Lasers, realisiert werden. Schließlich erfolgt das Auftragen 106 mindestens einer elektrischen Anschlussleitung für mindestens ein elektronisches Bauteil als Beschichtung auf die elektrisch isolierende Schicht 16. Das Auftragen 106 der mindestens einen elektrischen Anschlussleitung 24, 26 kann ebenfalls mit Hilfe eines thermischen Spritzverfahrens realisiert sein, wobei die elektrische Heizschicht 18 und die elektrischen Anschlussleitungen 24, 26 wahlweise nacheinander oder zeitgleich erstellt werden können.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Wärmetauscher
- 12
- Fahrzeugheizgerät
- 14
- Wärmetauscherkörper
- 16
- elektrisch isolierenden Schicht
- 18
- elektrischen Heizschicht
- 20
- Heizleiterbahn
- 22
- Heizleiterbahn
- 24
- elektrische Anschlussleitung
- 26
- elektrische Anschlussleitung
- 28
- elektronisches Bauteil
- 30
- Steuergerät
- 32
- elektrischer Anschlusskontakt
- 34
- elektrischer Anschlusskontakt
- 36
- elektrischer Anschlusskontakt
- 38
- elektrischer Anschlusskontakt
- 40
- weiterer elektrischer Anschlusskontakt
- 42
- weiterer elektrischer Anschlusskontakt
- 44
- Kontaktleiste
- 46
- Medium
- 48
- Fahrzeug
- 50
- Stromquelle
- 52
- Zulauf
- 54
- Ablauf
- 56
- Kontaktelement
- 100
- Verfahren
- 102
- Beschichten
- 104
- Auftragen
- 106
- Auftragen
