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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Gehäuse mit einer Trennwand, die eine Anschlusskammer von einer Heizkammer zur Abgabe von Wärme unterteilt. Von der Trennwand ragt zumindest eine als Heizrippe in die Heizkammer hineinragende Aufnahmetasche ab. In dieser Tasche ist ein PTC-Heizelement vorgesehen. Des Weiteren ist in der Tasche ein Druckelement aufgenommen, das Wärmeauskopplungsflächen des PTC-Heizelementes gegen gegenüberliegende Innenflächen der Aufnahmetasche angelegt hält.
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Das PTC-Heizelement hat zumindest ein PTC-Element und an diesem elektrisch leitend anliegende Leiterbahnen. Die Leiterbahnen sind mit dem PTC-Element elektrisch leitend verbunden. Diese Verbindung kann eine form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindung sein.
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Die zuvor erwähnten allgemeinen Merkmale der elektrischen Heizvorrichtung gelten für den Stand der Technik gemäß
EP 1 872 986 A1 . Sie gelten auch für die Verwirklichung der Erfindung.
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Die auf die Anmelderin zurückgehenden früheren Vorschläge
EP 2 637 474 A1 bzw.
EP 2 337 425 A1 offenbaren jeweils PTC-Heizelemente, die in eine zuvor erwähnte Aufnahmetasche eingebracht sind.
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Dabei offenbart die
EP 2 337 425 A1 eine Lösung, bei welcher eine an einer Hauptseitenfläche des PTC-Elementes anliegende Leiterbahn als Blechstück mit aus der Ebene des Blechstücks herausgebogenen Kontaktvorsprüngen versehen ist. Die Kontaktvorsprünge dienen lediglich einer verbesserten elektrischen Kontaktierung des PTC-Elementes.
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Bei den zuvor beschriebenen Lösungen werden die PTC-Elemente und die beidseitig daran anliegenden Kontaktbleche üblicherweise unter Zwischenlage zumindest einer Isolierschicht zwischen den Leiterbahnen und einander gegenüberliegenden Innenfläche der Aufnahmetasche mit einem Keilelement in dieser verspannt. Dieses Keilelement trägt bei einer sich zu ihrem unteren geschlossenen Ende hin verjüngenden Aufnahmetasche dafür Sorge, dass die Lagen des Schichtaufbaus geklemmt gegeneinander angelegt sind. Bei diesen Lagen handelt es sich zumindest um die PTC-Elemente und die sich rechtwinklig zu der Kraftwirkungsrichtung des Keilelementes erstreckenden Leiterbahnen, üblicherweise Kontaktbleche, sowie zumindest eine Isolierlage.
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Das Keilelement soll trotz der fertigungstechnisch bedingten, nach unten konisch zulaufenden Querschnittsgestalt der Aufnahmetasche eine gute Wärmeübertragung zwischen den beiden, einander gegenüberliegenden Wärmeauskopplungsflächen des PTC-Elementes und den diesen jeweils zugeordneten Innenflächen der Aufnahmetasche unter Zwischenlage des Druckelementes ermöglichen. Durch den dort aufgebauten Druck wird auch die gegenüberliegende Wärmeauskopplungsfläche des PTC-Elementes unmittelbar oder unter Zwischenlage einer Isolierschicht gegen die gegenüberliegende Innenfläche der Aufnahmetasche angelegt.
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So wird für eine gute Wärmeauskopplung gesorgt. Allerdings besteht das Problem, dass die Aufnahmetasche aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht immer der ausgelegten Form entspricht.
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Die PTC-Elemente unterliegen fertigungsbedingt erheblichen dimensionalen Schwankungen. Auch ist nicht immer sichergestellt, dass die Wärmeauskopplungsflächen des PTC-Elementes vollkommen gerade und plan verlaufen.
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Das Einpressen eines Keils als Druckelement kann zu Spannungsspitzen führen, durch welche das PTC-Element bzw. eine keramische Isolierschicht innerhalb der Aufnahmetasche brechen kann. Abhängig von den Toleranzen kann das in dem Stand der Technik als Druckelement verwendete Keilelement in dem konkreten Anwendungsfall nicht dick genug sein, sodass es im Grunde wirkungslos an dem unteren Ende der Aufnahmetasche aufsitzt. Ist hingegen der vor dem Einbringen des Keilelementes verbleibende Freiraum zu klein, so ergibt sich in Höhenrichtung der Aufnahmetasche, d. h. zwischen dem unteren Ende und der Einbringöffnung eine nur unzureichende Überdeckung der Wärmeauskopplungsfläche des PTC-Elementes. Infolgedessen erwärmt sich das PTC-Element zu stark und verhindert eine weitere Aufnahme von Leistungsstrom. Mithin ist die Wirkungsgrad des PTC-Elementes schlecht.
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Die vorliegende Erfindung will eine diese Probleme ganz oder teilweise behebende Lösung anbieten.
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Sie schlägt hierzu eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vor.
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Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung unterscheidet sich von dem zuvor erwähnten Stand der Technik durch ein Druckelement, welches einen Blechstreifen umfasst, bevorzugt allein durch diesen gebildet ist. Der Blechstreifen hat durch Stanzen und Biegen aus der Ebene des Blechstreifens vorstehend ausgebildete Federsegmente. Die Federsegmente sind dementsprechend einteilig mit dem Basismaterial des Blechstreifens verwirklicht. Der Blechstreifen des Druckelementes ist üblicherweise als flacher ebener Blechstreifen ausgeformt. Von diesem Blechstreifen ragen lediglich die Federsegmente ab. Die Federsegmente können für sich von einer oder von beiden Hauptseitenflächen des Blechstreifens abragen. Auch können Federsegmente vorgesehen sein, die jeweils für sich von nur einer Hauptseitenfläche des Blechstreifens abragen. Es könne jedoch solche Federsegmente zu beiden Hauptseitenfläche abragen.
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Die Federsegmente sind flächig über die Wärmeauskopplungsfläche des PTC-Elements verteilt vorgesehen, die benachbart zu dem Druckelement angeordnet ist. Das Druckelement liegt hierzu üblicherweise unter Zwischenlage einer Leiterbahn an dem PTC-Element an. Das Druckelement kann indes auch sowohl die Verspannung der Lagen des Schichtaufbaus bewirken, als auch Leiterbahn des Schichtaufbaus sein und damit unmittelbar gegen die Wärmeauskopplungsfläche des PTC-Elementes anliegen. Bei dieser Ausgestaltung formt das Druckelement eine der Leiterbahnen aus. Das Druckelement und die Leiterbahnen sind durch ein einziges Element verwirklicht. Ein solches Druckelement kann beispielsweise bei einem Betrieb der elektrischen Heizvorrichtung mit der normalen Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeuges von 12 V das PTC-Element unmittelbar leitend mit der Innenfläche der Aufnahmetasche verbinden, welche auf Masse liegen kann und elektrisch leitend mit einem Masseanschluss verbunden ist, der durch die elektrische Heizvorrichtung bereitgestellt wird. Auf eine Isolierlage, die den Stromweg von dem Gehäuse und damit der Aufnahmetasche trennt, kann bei Spannungen bis zu 25 VAC oder bis zu 60 VDC verzichtet werden.
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Das als Leiterbahn ausgebildete Druckelement kann auch zwischen zwei, in der Aufnahmetasche aufgenommenen PTC-Elementen angeordnet sein und unmittelbar zu Bestromung an diesen anliegen. Sie liegen dabei üblicherweise an einander gegenüberliegenden Hauptseitenflächen der PTC-Elemente an. Die diesen jeweils gegenüberliegenden Hauptseitenflächen der PTC-Elemente können jeweils elektrisch leitend mit der Innenfläche der Aufnahmetasche verbunden und somit an Masse angeschlossen sein. Alternativ können die letztgenannten Hauptseitenflächen auch mit einem Kontaktblech kontaktiert sein, dessen Anschlussfahne in die Anschlusskammer hineinragt und die außenseitig mit einer elektrischen Isolierschicht versehen sind. Im montierten Zustand ist diese Isolierschicht zwischen dem jeweiligen PTC-Element und der Innenfläche der Aufnahmetasche vorgesehen und dazwischen geklemmt. So sind die PTC-Elemente nicht elektrisch mit der Aufnahmetasche verbunden. Es kann auch jeweils unter Zwischenlage einer Isolierlage an den PTC-Elementen anliegen, die in diesem Fall zur Bestromung elektrisch mit einer zwischen dem PTC-Element und der Isolierlage befindlichen Leiterbahn, beispielsweise in Form eines Kontaktblechs verbunden sind.
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Das Druckelement kann sich aber auch unter Zwischenlage eines Isolierstreifens gegen die Innenfläche der Aufnahmetasche anlegen und/oder mit einem elektrischen Kontaktelement versehen sein, welches in der Anschlusskammer der elektrischen Heizvorrichtung freiliegt. In einem solchen Fall wird der Leistungsstrom von der Anschlusskammer über das Druckelement in das PTC-Element ein- bzw. ausgeleitet und ist elektrisch gegenüber der Aufnahmetasche isoliert.
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Das erfindungsgemäße Druckelement ist zur geometrischen Anpassung der üblicherweise planparallelen Außenflächen des PTC-Heizelementes an die konische Querschnittsform der Aufnahmetasche angepasst ausgebildet. Das Druckelement nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere an die konische Form der Aufnahmetasche in Höhenrichtung angepasst ausgebildet. So ragen die an dem unteren Ende der Aufnahmetasche vorgesehenen Federelemente weniger weit von der durch den Blechstreifen gebildeten Ebenen ab als die am oberen Ende der Aufnahmetasche vorgesehenen Federsegmente. In einer Seitenansicht des Druckelementes ergibt sich dementsprechend eine keilförmige Hüllfläche, deren spitzes Ende üblicherweise in einer Ebene liegt, die durch die ebene Grundfläche des Blechstreifens definiert ist. Bei nur einseitig von dem Grundmaterial des Blechstreifens abragenden Federsegmenten wird die keilförmige Hüllfläche durch die den Federsegmenten abgewandte ebene Grundfläche des Blechstreifens einerseits und durch eine Verbindungslinie, die sich an diejenigen Flächenpunkte der Federsegmente annähert, die den weitesten Querabstand zu der Grundfläche des Blechstreifens haben, andererseits gebildet.
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Die flächige Verteilung der Federsegmente ist üblicherweise so, dass die Federsegmente im Wesentlichen über die gesamte Wärmeauskopplungsfläche des PTC-Elementes verteilt vorgesehen sind. Denn die Federsegmente sollen in der Einbaulage des Druckelementes das PTC-Element und die übrigen Schichten des in der Aufnahmetasche vorgesehenen Schichtaufbaus verspannt gegeneinander anlegen, sodass an den Phasengrenzen ein allzu hoher Übergangswiderstand zur Übertragung der Wärme an die einander gegenüberliegenden Innenflächen der Aufnahmetasche vermieden wird. In Höhenrichtung können die Federsegmente eine größere Abmessung als die Wärmeauskopplungsfläche des zugeordneten PTC-Elementes haben. Dadurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass, abhängig von den Fertigungstoleranzen, das Druckelement unterschiedlich tief in die Aufnahmetasche eingedrückt wird. In der sich quer zu der Höhenrichtung erstreckenden Breitenrichtung sind üblicherweise mehrere Federsegmente in der Regel in einer Reihe, die sich quer zu der Höhenrichtung erstreckt, hintereinander vorgesehen. In Breitenrichtung ist die Anordnung der Federsegmente auf die Größe der Wärmeauskopplungsfläche des PTC-Elementes angepasst. So drücken die in Breitenrichtung jeweils äußeren Federsegmente im Randbereich des PTC-Elementes auf dessen Wärmeauskopplungsfläche. Die Federsegmente können bevorzugt mit ihren am weitesten von dem Blechstreifen entfernten Abschnitten ebene Rechteckflächen ausbilden, über welche die jeweilige Anpresskraft des entsprechenden Federsegmentes flächig direkt oder indirekt auf das zugeordnete PTC-Element übertragen wird. Die Rechteckflächen verlaufen dementsprechend parallel zu der Anlagefläche, an denen die Federsegmente anliegen.
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Die Trennwand der elektrischen Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann einteilig mit der Aufnahmetasche ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung bietet sich für eine elektrische Heizvorrichtung an, bei welcher ein Gehäuseunterteil eine Zirkulationskammer definiert, in welche die Aufnahmetasche nach Art einer Heizrippe hineinragt und die Ein- und Auslassöffnungen für das Durchströmen eines in der Heizkammer zu erwärmenden Mediums ausbildet, wobei das entsprechende Gehäuseteil mittels Fließpressen oder Aluminiumdruckguss hergestellt ist. Insofern entspricht die bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung der in
EP 1 872 986 A1 beschriebenen Ausgestaltung. Entsprechendes gilt für den elektrischen Anschluss der Leiterbahnen in der Anschlusskammer, die auf der der Zirkulationskammer gegenüberliegenden Seite der Trennwand vorgesehen ist und üblicherweise mehrere PTC-Heizelemente über eine Leiterplatte elektrisch anschließt und/oder über eine in der Anschlusskammer vorgesehene Steuerung zu den PTC-Heizelementen eine Ansteuerung einzelner oder sämtlicher PTC-Heizelemente der elektrischen Heizvorrichtung erlaubt. Hierzu haben die Leiterbahnen üblicherweise an ihrem freien, die Aufnahmetasche überragenden Teil Anschlussfahnen, die in der Anschlusskammer freiliegen. Die Leiterbahnen können in an sich bekannter Weise durch Kontaktbleche gebildet sein, die die besagten Anschlussfahnen an ihrem freien Ende ausbilden.
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Das Druckelement als solches sollte aus einem federsteifen Material ausgebildet sein, wobei ein Material ausgewählt werden sollte, welches auch eine gute Wärmeleitfähigkeit hat. So ist federhartes Aluminium, Kupfer oder Messing aufgrund verbesserter Wärmleitfähigkeit gegenüber einem Stahlblech zu bevorzugen.
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Vorzugsweise sind zwischen dem unteren und dem oberen Ende der Aufnahmetasche zwischen drei und sechs Federsegmente hintereinander vorgesehen. Wie zuvor bereits erwähnt, wird in Breitenrichtung bevorzugt in einer Reihe mehrere Federsegmente angeordnet. Es handelt sich bevorzugt um Reihen, die parallel zueinander vorgesehen und ausgerichtet sind. Auf diese Ausgestaltung kommt es aber nicht maßgeblich an. Wesentlich ist lediglich eine möglichst flächige Beaufschlagung der Wärmeauskopplungsfläche mit dem Druck, der durch jedes einzelne der Federsegmente bewirkt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist ein Heizergehäuse aus einem isolierenden Material vorgesehen, welches das PTC-Element und die Leiterbahnen zu einer Einheit fügt und das Druckelement verschieblich führt. Ein solches Heizergehäuse besteht üblicherweise aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Kunststoff oder Keramik. Das Heizergehäuse hat zur Führung des Druckelementes eine Schiebeführung, die sich im Wesentlichen in Höhenrichtung erstreckt. Das Heizergehäuse kann mit einer oder beiden Leiterbahnen verklebt sein. Auch ist es möglich, die Leiterbahnen unter Zwischenlage des oder der PTC-Elemente beim spritzgießtechnischen Herstellen des Heizergehäuses aus Kunststoff zu umspritzen. Dadurch wird eine Einheit gebildet. Die Schiebeführung hat üblicherweise einander gegenüberliegende Führungsschlitze, in denen ein Randbereich des Blechstreifens, der keine Federsegmente aufweist, verschieblich geführt ist. Das Heizergehäuse kann ferner die zumindest eine Isolierlage in sich aufnehmen und relativ zu dem Kontaktblech positionieren. Das Heizergehäuse mag ferner ein Gleitblech aufweisen, das zwischen der Wärmeauskopplungsfläche des PTC-Elementes und dem Druckelement vorgesehen ist, um eine weitere Vergleichmäßigung der Anpresskraft, die durch die einzelnen Federsegmente bewirkt wird, zu erreichen. Bevorzugt kommt die vorliegende Erfindung allerdings ohne ein solches Gleitblech aus, da die Ausgestaltung der Federsegmente und die Stärke des Blechstreifens so gewählt wird, dass die durch jedes einzelne Federsegment bewirkte eher punktuelle Druckbelastung unterkritisch bleibt, sodass eine mechanische Beschädigung des PTC-Elementes und/oder anderer Lagen des Schichtaufbaus, insbesondere der Isolierlage, nicht zu befürchten ist.
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Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit im Bereich des Druckelementes wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, die durch die Federsegmente freigedrückten Freiräume mit einem wärmeleitfähigen Material auszufüllen. Bei diesem wärmeleitfähigen Material handelt es sich bevorzugt um eine gut wärmeleitfähige Masse. Die Wärmeleitfähigkeit sollte zumindest 3 W/(m K) betragen. Die Masse ist in der Regel so beschaffen, dass diese eine gewisse Bewegung des PTC-Heizelementes in der Aufnahmetasche zum Ausgleich von Wärmespannungen erlaubt, die bei den üblichen Temperaturwechsein auftreten. Das Material sollte nach dem Einbringen des PTC-Heizelementes in die Aufnahmetasche erfolgen und nachdem bei relativer Positionierung des PTC-Heizelementes in der Aufnahmetasche das Druckelement relativ zu den Lagen des Schichtaufbaus und zur Verspannung derselben in der Aufnahmetasche in Höhenrichtung verschoben worden ist. Mit anderen Worten wird zunächst das PTC-Heizelement in die Aufnahmetasche eingebracht. Danach wird das Druckelement in die Aufnahmetasche eingebracht bzw. sofern das Druckelement mit dem PTC-Heizelement bereits in die Aufnahmetasche eingebracht worden ist, relativ zu dem Schichtaufbau verschoben, um die Schicht unter Vorspannung zu setzen. Auch dazu hat das erfindungsgemäße Druckelement die zuvor beschriebene Keilform, zumindest wenn das Gehäuse mittels Druckguss hergestellt ist. Denn bei diesem Verfahren lässt sich eine keilförmige Aufnahmetausche kaum vermeiden. Die vorliegende Erfindung lässt sich aber auch mit nicht keilförmigen Aufnahmetaschen verwirklichen. Die Federsegmente können jeweils so ausgebildet sein, dass sie mit ihren Anlagepunkten oder -flächen eine ebene Anlagefläche nachbilden oder aber an einer konturierten oder beliebig geneigten gegen Fläche anliegen und deren Kontur über durch die einzelnen Federsegmente gebildeten Anlagepunkte oder -flächen nachzeichnen.
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Nachdem die Lagen des Schichtaufbaus durch das Druckelement in der Aufnahmetasche verspannt worden sind, erfolgt das Einfüllen der Masse in die Tasche. Diese Masse füllt bevorzugt sämtliche Freiräume in der Tasche aus, sodass sich eine gute Wärmeübertragung von dem PTC-Element an sämtliche Innenflächen der Tasche, einschließlich der Stirnseiten derselben ergibt. Dabei wird die mechanische Verspannung durch die Federsegmente des Druckelementes aufrechterhalten. Die Masse ist bevorzugt eine dauerelastische Masse, sodass eine gewisse Nachgiebigkeit auch der Masse gegeben ist und die Federsegmente auch im Betrieb gewisse Ausgleichsbewegungen nachführen können, die sich beispielsweise durch Wärmeausdehnung der einzelnen Schichten des Schichtaufbaus ergeben. Als Masse eignet sich z.B. Zwei-Komponenten-Silikon, das zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit mit keramischen Partikeln gefüllt sein kann.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
- 1 eine perspektivische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckelementes;
- 2 eine perspektivische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Heizergehäuses mit dem Druckelement gemäß 1;
- 3 eine Querschnittsansicht des in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels;
- 4 eine Draufsicht auf das in den 2 und 3 gezeigte Ausführungsbeispiel;
- 5 eine perspektivische Stirnseitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer elektrischen Heizvorrichtung mit teilweise weggenommenem Heizergehäuse und
- 6 eine Querschnittsansicht des in 4 gezeigten Ausführungsbeispiels.
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Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckelementes 2, welches einen mit Bezugszeichen 4 gekennzeichneten Blechstreifen umfasst, aus dem durch Stanzen und Biegen Federsegmente 6 ausgeformt sind. Die Federsegmente 6 sind durch Freistanzen seitlicher Ränder 7 und Biegen von sich dadurch ergebenden Laschen 8 ausgebildet. Die Laschen 8 sind jeweils mit einem ihrer beiden Endseiten noch mit dem Grundmaterial des Blechstreifens 4 verbunden. Hierdurch ergeben sich Federsegmente 2 mit relativ hoher Federsteifigkeit.
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Ersichtlich ist jedes erste Federsegment 6 einer Reihe mit parallelen Federsegmenten 2 zu der einen und jedes zweite Federsegment 6 zu der anderen Seite des Blechstreifens 4 hin herausgebogen.
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An die jeweils äußeren Flächenpunkte der einzelnen Federsegmente 6 lässt sich eine Gerade anlegen. Die einander gegenüberliegenden und den Blechstreifen 4 miteinander verbindenden Geraden, von denen in 1 lediglich die sichtseitige Gerade I vollständig und die andere Gerade II lediglich angedeutet ist, schließen zwischen sich einen Winkel α von weniger 10° ein; vgl. 3.
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Details des PTC-Heizelementes sind den 2 bis 4 zu entnehmen. Das PTC-Heizelement ist dort mit Bezugszeichen 10 gekennzeichnet und hat ein aus Kunststoff gefertigtes Heizergehäuse 12, das rahmenförmig mit einem oberen, den Rahmen in Dickenrichtung überragenden Kranz 14 ausgebildet ist und eine Rahmenöffnung 16 ausbildet, in dem vorliegend übereinander vier PTC-Elemente 18 vorgesehen sind. Wie 3 vermittelt, liegen beidseitig an den PTC-Elementen 18 jeweils Leiterbahnen in Form von Kontaktblechen 20 elektrisch leitend an. Die Kontaktbleche 20 sind beispielsweise durch Verkleben mit dem Heizergehäuse 12 verbunden. Auf der einen Seite (in 3 die rechte) ist das Kontaktblech 20 mit einer Isolierlage 22 belegt. Bei dieser Isolierlage kann es sich um eine Kunststofffolie oder eine Keramikplatte oder eine Kombination aus einer Keramikplatte mit einer Kunststofffolie handeln. Dabei befindet sich die Kunststofffolie üblicherweise an der Außenseite der Keramikplatte, was den Vorteil bietet, dass die Kunststofffolie gewisse Rauigkeiten an einer Innenfläche einer Aufnahmetasche kompensieren und damit Spannungsspitzen aufnehmen kann, die die Keramikschicht beeinträchtigen könnten. Die besagte Aufnahmetasche ist in den 5 und 6 mit Bezugszeichen 24 gekennzeichnet. Die Innenfläche in 6 mit Bezugszeichen 26.
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Auf der der Isolierlage 22 gegenüberliegenden Seite bildet das dortige Kontaktblech 20 die Außenfläche des Schichtaufbaus. Benachbart zu dieser Außenfläche befindet sich das in 1 bereits beschriebene Druckelement 2. Die 2 und 3 zeigen das Druckelement 2 vor dem Verspannen des Schichtaufbaus in der Aufnahmetasche 24. Das Druckelement 2 befindet sich in einer erhabenen Position. Das obere Ende 28 des Druckelementes 2 befindet sich im Bereich des Kranzes 14. Das mit Bezugszeichen 30 gekennzeichnete untere Ende des Druckelementes 2 befindet sich auf mittlerer Höhe des unteren PTC-Elementes 18.
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Die Montage des Heizergehäuses 12 und des Druckelementes 2 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 5 und 6 erläutert. Diese zeigen ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Heizvorrichtung mit einem Heizergehäuse 100 mit einer Gehäusebasis 102 und einem Gehäusedeckel 104. Die Gehäusebasis 102 weist eine Zirkulationskammer 106 auf, die über Anschlüsse, von denen lediglich ein Anschluss 108 in 5 gezeigt ist, mit einer Leitung für ein zu erwärmendes flüssiges Fluid verbunden ist. Die elektrische Heizvorrichtung ist insbesondere eine Heizvorrichtung in einem Kraftfahrzeug.
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Die Zirkulationskammer 106 wird von mehreren, sich in Längsrichtung der Gehäusebasis 102 erstreckenden Heizrippen 110 durchsetzt, die in einer Querschnittsansicht einer im Wesentlichen U-förmige Querschnittsform haben und umfänglich gegenüber der Zirkulationskammer 106 geschlossen sind. Diese Heizrippen 110 bilden die zuvor bereits erwähnte Aufnahmetasche 24 aus. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die elektrische Heizvorrichtung 4 nebeneinander angeordnete Taschen, die sich im Wesentlichen über die gesamte Länge der Gehäusebasis 102 erstrecken. Die Aufnahmetaschen 24 sind wesentlich länger als die Heizergehäuse 12. In Längsrichtung der Aufnahmetasche 24 passen mehrere Heizergehäuse 12 hintereinander in die Aufnahmetasche 24 (vgl. 5).
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Die Gehäusebasis 102 formt eine Trennwand 112 aus, die die Zirkulationskammer 106 von einer Anschlusskammer 114 trennt, in der Anschlusszungen 32 freiliegen, die elektrisch leitend mit den Kontaktblechen 20 verbunden, vorliegend einteilig daran ausgebildet sind. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel nach den 5 und 6 sind zu jedem PTC-Heizelement 10 zwei Anschlussfahnen 32 zur Bestromung der PTC-Elemente 18 mit unterschiedlicher Polarität vorgesehen.
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Das Ausführungsbeispiel nach den 2 bis 4 lässt sich von der Überlegung leiten, dass der Leistungsstrom zur Bestromung der PTC-Elemente 18 gegen Masse abfällt, die vorliegend durch die Gehäusebasis 102 gebildet sein kann, sodass lediglich eines der Kontaktbleche 20 mit einer Anschlussfahne 32 verbunden sein muss, wohingegen die andere Polarität durch den elektrischen Anschluss der Gehäusebasis 102 an Masse erfolgt. Der Leistungsstrom fließt dementsprechend über die Innenfläche 26 und durch das Druckelement 2.
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Beide Anschlussmöglichkeiten sind denkbar.
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Zur Montage wird das PTC-Heizelement 10 in die Aufnahmetasche 24 eingeschoben, bis ein durch den Kranz 14 gebildeter Anschlag 34 gegen die Oberseite der Trennwand 112 stößt. Hierdurch ist das Heizergehäuse 12 und damit das PTC-Heizelement 10 relativ zu dem Gehäuse 100 positioniert. Die Isolierlage 22 befindet danach unmittelbar benachbart zu der korrespondierenden Innenfläche 26. Auf der gegenüberliegenden Seite befindet sich zwischen der Innenfläche 26 und dem zugeordneten Kontaktblech 20 das Druckelement 2 in seiner Ausgangslage. Die Lagen des Schichtaufbaus sind jetzt noch nicht unter Vorspannung gegeneinander angelegt.
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Nun wird das Druckelement 2 in Richtung auf das untere Ende der Aufnahmetasche 24 gedrängt, welches mit Bezugszeichen 36 gekennzeichnet ist. Bei dieser Relativbewegung des Druckelementes 2 werden die Federsegmente 4 elastisch vorgespannt. In gleichem Maße werden die Lagen des Schichtaufbaus gegeneinander und die Isolierlage 22 gegen die zugeordnete Innenfläche 26 der Aufnahmetasche 24 angelegt. Das Einbringen des Druckelementes 2 in dieser Weise kann weggesteuert oder kraftgesteuert erfolgen. Die Kraft ist dabei ein Maß für die Verspannung der Schichten des Schichtaufbaus. Nach Erreichen einer gewissen Vorspannkraft entsprechend einer axialen Druckkraft zum Einbringen des Druckelementes 2 kann die Einbringbewegung des Druckelementes 2 in die Aufnahmetasche 24 ihr Ende finden.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein unterer Anschlag vorgesehen sein, der den maximalen Einschiebeweg des Druckelementes 2 vorgibt. Ein solcher unterer Anschlag kann beispielsweise durch einen am unteren Ende des Heizergehäuses 12 ausgebildeten und in den 2 und 3 mit Bezugszeichen 38 gekennzeichneten Quersteg gebildet sein. Alternativ kann ein solcher Quersteg fehlen, sodass die Einschiebebewegung des Druckelementes 2 durch das untere Ende 36 der Aufnahmetasche 24 definiert ist. Ebenso gut kann der Blechstreifen 24 breiter als eine mit Bezugszeichen 40 gekennzeichnete Schiebeführung für das Druckelement 2, die an dem Heizergehäuse 2 ausgebildet und in 2 zu erkennen ist, vorgesehen sein. Diese oberseitige Verbreiterung bildet einen Anschlag, der mit dem Kranz14 zusammenwirkt und die maximale Einbringtiefe des Druckelementes 2 vorgibt.
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In 6 ist das Druckelement 2 in der rechten Aufnahmetasche 24 nach und in der links daneben vorgesehenen Aufnahmetasche 24 vor dem Einbringen in die Aufnahmetasche 24 zum Verspannen der Elemente des Schichtaufbaus gezeigt. Die Federsegmente 4 haben sich infolge des Einbringens elastisch verformt. Die Lagen des Schichtaufbaus sind gegeneinander angelegt. Der Schichtaufbau ist auf der dem Druckelement 2 gegenüberliegenden Seite flächig gegen die dort vorgesehene Innenfläche 26 angelegt. Das Eindrücken des Druckelementes 2 in die Aufnahmetasche 24 kann durch ein Werkzeug erfolgen, das an einer Stirnseite eine zur Aufnahme des Blechstreifens 4 angepasst ausgesparte Nut aufweist, die den Blechstreifen 4 endseitig greift.
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Danach kann eine bevorzugt dauerelastische Kunststoffmasse, der gut wärmeleitend, jedoch elektrisch nichtleitende Füllstoffpartikel zugesetzt sind, beispielsweise Partikel aus Aluminiumoxid, in die Aufnahmetasche 24 eingefüllt werden, um diese vollständig auszufüllen und die darin verbliebene Luft zu verdrängen. So ergibt sich eine gute Wärmeleitung zwischen den Elementen des Schichtaufbaus und sämtlichen, die Aufnahmetasche 24 innenseitig begrenzenden Oberflächen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Druckelement
- 4
- Blechstreifen
- 6
- Federsegment
- 7
- Rand
- 8
- Lasche
- 10
- PTC-Heizelement
- 12
- Heizergehäuse
- 14
- Kranz
- 16
- Rahmenöffnung
- 18
- PTC-Element
- 20
- Kontaktblech / Leiterbahnen
- 22
- Isolierlage
- 24
- Aufnahmetasche
- 26
- Innenfläche
- 28
- oberes Ende des Druckelementes 2
- 30
- unteres Ende des Druckelementes 2
- 32
- Anschlussfahne
- 34
- Anschlag
- 36
- unteres Ende der Aufnahmetasche
- 38
- Quersteg
- 40
- Schiebeführung
- 100
- Gehäuse
- 102
- Gehäusebasis
- 104
- Gehäusedeckel
- 106
- Zirkulationskammer / Heizkammer
- 108
- Anschluss
- 110
- Heizrippe
- 112
- Trennwand
- 114
- Anschlusskammer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1872986 A1 [0003, 0019]
- EP 2637474 A1 [0004]
- EP 2337425 A1 [0004, 0005]
