EP1353131A2 - Elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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EP1353131A2
EP1353131A2 EP03008282A EP03008282A EP1353131A2 EP 1353131 A2 EP1353131 A2 EP 1353131A2 EP 03008282 A EP03008282 A EP 03008282A EP 03008282 A EP03008282 A EP 03008282A EP 1353131 A2 EP1353131 A2 EP 1353131A2
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heating
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Christophe Schmittheisler
Pascal Miss
Gregory Lucas
Yannik Laumonnerie
Mathieu Mougey
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    • F24H9/1863—Arrangement or mounting of electric heating means
    • F24H9/1872—PTC

Definitions

  • the invention relates to an electric heater, which especially suitable for use in a motor vehicle is.
  • an electric heater which especially suitable for use in a motor vehicle is.
  • Electric heaters are being used today Application, for example in motor vehicles and Air conditioning systems and the like, for. In the case a motor vehicle to heat the vehicle interior.
  • the heating of the vehicle interior takes place in essentially about the waste heat of the internal combustion engine, which the cooling circuit is discharged. From there, part of the Waste heat via a heat exchanger to the in the Vehicle interior to be discharged flowing air.
  • waste heat of the engine is only then fully available Available when the engine reaches its operating temperature so that the heating of the vehicle interior about waste heat of the engine, especially at the beginning of rides, as inadequate can be felt.
  • additional heaters provide that used in the air duct and heat to the air flowing into the vehicle interior submit.
  • additional heaters z. B. in the cold season or z. B. directly after the start of Motor vehicle with (still) cold engine to the users in a considerably shorter time a pleasant room temperature Will be provided.
  • the electric heater according to the invention is the subject of claim 1. Preferred developments are the subject of Dependent claims.
  • the electric heater according to the invention comprises at least one heating device and at least one Power device.
  • the power device is over at least one first and at least one second contact means a contact device in electrical contact with the Heating device.
  • the contact device is in this case designed that a firm connection of the first and the second contact means can be produced.
  • the electric heater according to the invention has many Advantages.
  • a firm connection between the first and the second Contact means of the contact device ensures a permanent electrical contact of power device and Heating device.
  • Such a firm connection offers one significantly improved contact and a better Resistance to aging and better resistance to Release with vibrations.
  • the contact device will also improve the Transition resistance between the first and the second Contact means of the contact device achieved.
  • the lower electrical contact resistance is also the Reduced power loss at the contact device. Thereby sets a lower contact temperature.
  • the electric heater according to the invention can continue increase the life of an electric heater because corrosion-related aging of the contact device largely be avoided, because by the firm connection of the Contact means are the contact surfaces of the contact means before Environmental influences such as dust and moisture essentially effectively protected.
  • Electric heater is the connection of the Contact device form-fitting and / or rigid to produce.
  • a form-fitting producible connection of the first and second contact means of the contact device is very advantageous because positive connections are resistant to aging and are generally resistant to Vibrations and the like can be solved less quickly than Such non-positive connections, as in the state known in the art.
  • connection to the contact means of the first and second Contact agent releasably executed.
  • a removably executed Connection of the contact device is advantageous because an exchange of individual heaters or Power facilities is possible without it is required in case of failure of a heater or Power device the entire electric heater exchange.
  • connection of the first and of the second contact means via at least one fastening device producible, which a group of fasteners taken from the screwing, Riveting devices, lever clamping devices, Solder connection devices and the like more.
  • Screw devices Many advantages. Screw devices are almost any number of times detachable and refastenable without compromising the strength of the Wears off screw connection. Still have Screw devices have the advantage that the strength of Connection via the screw torque is adjustable, so that precisely defined connection forces can be produced.
  • Riveting equipment is also very beneficial as it also a firm and reliable connection of the two Allow contact means of the contact device.
  • a Riveting can z. B. separated by drilling again become. Then by using a new riveting the Connection restored in consistent quality become.
  • As with a screw device is the Connection force of a riveting adjustable. This can z. B. by choosing the length of the riveting (and also the diameter etc.).
  • a lever clamping device or the like for firmly connecting the first and the second Contact agent is used.
  • a lever clamping device is in this case too understand that by using a lever or the like exerts increased clamping force.
  • such is one Lever clamping device designed such that an eccentric or The like is provided so that a reliable fuse against unintentional release by vibrations or the like is guaranteed.
  • lever clamping devices can be reliable and reproducible a certain clamping force can be applied.
  • the lever or the distances the parts to be clamped can set the clamping force accurately so that on the one hand it is guaranteed that the Clamping force is high enough and on the other hand ensured that will damage the parts to be clamped omitted.
  • solder joints in the sense of this invention are possible.
  • the soldering of the first Contact means with the second contact means provides a solid A compound is.
  • B. heating also detachable.
  • a solder joint is essentially resistant to aging and will not be affected by vibration shaken loose.
  • At least a heating device is provided, which is a group of Heater is removed, the Resistive heaters and PTC heaters includes.
  • Ceramic heating elements with a positive temperature coefficient are preferred as these are characterized by their positive Temperature characteristic have a quasi built-in fuse.
  • At least one Resistance heater at least one PTC heater is.
  • Most preferred are substantially all Heating devices designed as a PTC heater, as they z. As described in EP 0 901 311 A2.
  • the Materials for the contact agent selected such that Galvanic corrosion substantially complete or at least largely avoided.
  • the contact surfaces of the first and the second Contact agent in all embodiments described above adapted to each other so that a relatively large Contact surface of the two contact means is made possible.
  • the contact surfaces may be convex, concave, flat or otherwise be formed, provided that the two are guaranteed Contact means over a substantial part of their area abut each other when a firm connection of the Contact device exists.
  • Such surface and shape adaptation is very advantageous because thereby the cross-sectional area for the electric current is enlarged.
  • the area-related current density reduced which also reduces the Contact resistance leads to the contact device. from that again follows a lower contact device temperature, and a smaller power loss at the contact device, or it can be at a constant current density, the number of Junctions are reduced, resulting in reliability elevated.
  • the Contact means of the contact device designed such that an automatic connection of the two contact means can be produced.
  • the contact means may be formed that in a screw device (or Also riveting) provided fastening device the Holes for the screw device behind the contact means are arranged so that the contact means and the Contact device in total of its outer shape so are arranged that an introduction of a screw in the Holes of the contact means easily possible.
  • a Contact device In a preferred embodiment of the invention is a Plurality of heaters and / or power devices provided, wherein for each heater a Contact device may be provided.
  • At least one heating device is a Corrugated fin device or the like provided to the Heat transfer to the heating medium to improve.
  • the electric heater for the Operation with a gas as heating medium and particularly preferred intended for air as heating medium is operated as a heating medium to which the Heating power of the heater is delivered.
  • At least one power device preferably comprises one Control device, the heat output of at least one Heating device controls. Particularly preferred is for in essentially each power device is a control device intended.
  • a heating system the consists of several heaters, simultaneously is controlled and / or that every single heating device is controlled separately.
  • a separate control of each single heating increases the control options of the Heater and allows for a more accurate adjustment given conditions.
  • Additional heating device 1 has a heating block 2 and a Control device 4 on.
  • Heating block 2 and Control device 4 arranged spatially separated from each other.
  • the control device 4 has power devices 5 in the form of control electronics, which are used to control the Heating elements 3 of the heating block 2 serve.
  • contact points 6 at the Control device 4 is provided.
  • the contact points 6 of Control device are connected to the contact points 7 of the Heating block brought together and it becomes a solid connection made between the contact points 6 and 7.
  • the heating device according to the invention in the form an auxiliary heater 1 shown in assembled state.
  • a fastening device for the production of solid Connection between the contact points 6 and contact points 7 are preferably self-tapping screws 9 through Pre-holes or holes 13 in the contact points 6 and holes 14th performed in the contact points 7 and then be screwed so that the contact points 6 and 7 a solid and rigid connection, which in this example is also form-fitting.
  • the screws 9 are in the embodiment with a tensioned predetermined and high enough torque or drilled, allowing a release due to vibration during operation and the like is reliably prevented.
  • FIG. 7 and 8 is a conventional Plug connection shown, as in the prior art is known.
  • the contact points 6a and 7a become the Established the contact, where at the Contact point 7a a resilient sheet is provided, the one exerts certain pressure on the contact point 6a.
  • These Spring effect can, however, with frequent pinning and Disconnecting the connection.
  • the areas in contact are total relatively small, because under certain circumstances only at the kink of the Federblechs a contact arises.
  • FIGS. 1 to 4 embodiment of Auxiliary heating according to the invention has one positive connection of the contact elements 6 and 7, so that principle -released a release by lessening the Spring action of a spring element 15 as in the prior art is avoided (at least with suitable screw torque).
  • Fig. 5 is the Heating block and the control device substantially the same executed as in the one shown in Fig. 1 to 4 Embodiment.
  • the heating block with the heating elements and the Control device identical to the power devices constructed as in the one shown in Fig. 1 to 4 Embodiment.
  • rivets provided a firm connection between the Contact elements 6 and 7 produce.
  • Rivets have the advantage of being an independent solution through Vibration and the like, as with screws under Circumstances is possible, is essentially excluded. she also allow that a certain predefined Force on the connection is abandoned, although this force is even better dosed when using screws.
  • the Contact elements 6 and 7 By applying the force to the contact elements 6 and 7 in the manufacture of the riveted joint, the Contact elements 6 and 7 reliably pressed together, so that there is a large contact area. Thus, too in this embodiment, a low contact resistance and thus a low power loss at the Contact device 8 guaranteed.
  • contact surface 16 extends in essentially over the contact area of the contact elements 6 and 7 and is not limited to just one line as it stands the technique may be the case. In all embodiments the contact surfaces 16 are adapted to each other so that they can rest against each other.
  • corrugated fins 12 to the Heating elements 3 provided to the heat-emitting surface to enlarge.
  • Fig. 6 are the essential ones Parts of the heater again executed the same as in the Embodiments according to FIGS. 1 to 5.
  • solder joint 11th between the contact elements 6 and the contact elements. 7 intended. Also by soldering (or welding) is a Reliable solid connection between the contact elements 6 and 7 ensured by vibration and usual Aging phenomena is not resolved.
  • a solder joint is also relatively easily detachable, by the contact point of the contact elements 6 and 7 at the Soldering 11 to a correspondingly adapted temperature is brought. This is a relatively low cost any number of times making and loosening the contact connection can be produced between the contact elements 6 and 7. Also one such connection is wear-free.
  • the power supply of the power electronics or the heating network is designed to withstand the mechanical stress of the Can accommodate expansion of the various components.
  • connection is in all embodiments chosen according to the present invention, that a automated connection can be produced. That's why they are Connecting points essentially freely accessible, so that through an inexpensive automatic assembly the Heating device according to the invention can be assembled.

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Abstract

Elektrische Heizvorrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Heizeinrichtung (3) und wenigstens einer Leistungseinrichtung (5), welche mit der Heizeinrichtung über wenigstens ein erstes (6) und ein zweites (7) Kontaktmittel einer Kontakteinrichtung (8) in elektrischem Kontakt steht; wobei die Kontakteinrichtung (8) derart gestaltet ist, dass eine feste Verbindung des ersten (6) und des zweiten (7) Kontaktmittels herstellbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung, welche insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug geeignet ist. Obwohl die Erfindung im Folgenden mit Hinblick auf den Einsatz an einem Kraftfahrzeug beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung auch für Heizprozesse an anderen Vorrichtungen eingesetzt werden kann.
Elektrische Heizvorrichtungen finden heute verbreitet Anwendung, beispielsweise in Kraftfahrzeugen und Klimatisierungssystemen und dergleichen, um z. B. im Falle eines Kraftfahrzeugs den Fahrzeuginnenraum zu beheizen.
Üblicherweise erfolgt die Beheizung des Fahrzeuginnenraums im wesentlichen über die Abwärme des Verbrennungsmotors, die an den Kühlkreislauf abgegeben wird. Von dort kann ein Teil der Abwärme über einen Wärmetauscher an die in den Fahrzeuginnenraum strömende Luft abgegeben werden.
Die Abwärme des Motors steht allerdings erst dann voll zur Verfügung, wenn der Motor seine Betriebstemperatur erreicht hat, so dass die Heizung des Fahrzeuginnenraums über Abwärme des Motors, gerade zu Beginn von Fahrten, als unzureichend empfunden werden kann.
Das Problem wird dadurch noch vergrößert, dass mit der Entwicklung von sparsameren Motoren weniger Abwärme anfällt, die zur Aufheizung des Fahrzeuginnenraums zur Verfügung steht.
Deshalb ist es im Stand der Technik bekannt geworden, Zusatzheizungen vorzusehen, die im Luftführungskanal eingesetzt werden und Wärme an die in den Fahrzeuginnenraum strömende Luft abgeben. Durch derartige Zusatzheizungen kann z. B. in der kalten Jahreszeit oder z. B. direkt nach Start des Kraftfahrzeugs bei (noch) kaltem Motor den Benutzern in erheblich kürzerer Zeit eine angenehme Raumtemperatur zur Verfügung gestellt werden.
So ist z. B. aus der EP 0 901 311 A2 eine elektrische Heizvorrichtung bekannt, bei der ein Heizblock mit mehreren Heizelementen vorgesehen ist. Eine Steuervorrichtung ist als Steckmodul ausgebildet und kann an die Heizelemente angesteckt werden.
Derartige Steckverbindungen haben den Nachteil, dass der Kontakt zwischen Steuerungsvorrichtung und Heizelementen sich durch Vibrationen oder dergleichen mit der Zeit teilweise oder sogar vollständig lösen kann.
Ausgehend vom zitierten Stand der Technik ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizvorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei welcher der elektrische Kontakt auch auf Dauer im wesentlichen gewährleistet ist.
Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung umfasst wenigstens eine Heizeinrichtung und wenigstens eine Leistungseinrichtung. Die Leistungseinrichtung ist über wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Kontaktmittel einer Kontakteinrichtung im elektrischen Kontakt mit der Heizeinrichtung. Die Kontakteinrichtung ist dabei derart gestaltet, dass eine feste Verbindung des ersten und des zweiten Kontaktmittels herstellbar ist.
Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung hat viele Vorteile.
Eine feste Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktmittel der Kontakteinrichtung gewährleistet einen dauerhaften elektrischen Kontakt von Leistungseinrichtung und Heizeinrichtung. Eine solche feste Verbindung bietet eine deutlich verbesserte Kontaktierung und eine bessere Alterungsbeständigkeit und einen besseren Widerstand gegen Lösen bei Vibrationen.
Dabei ist z. B. das erste Kontaktmittel dauerhaft elektrisch leitend mit einer Leistungseinrichtung verbunden und z. B. das zweite Kontaktmittel dauerhaft mit einer Heizeinrichtung. Eine feste Verbindung des ersten und des zweiten Kontaktmittels stellt dann eine elektrische Verbindung zwischen Leistungseinrichtung und Heizeinrichtung sicher.
Durch die verbesserte Kontaktierung zwischen den Kontaktmitteln der Kontakteinrichtung wird außerdem eine Verbesserung des Übergangswiderstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Kontaktmittel der Kontakteinrichtung erzielt. Durch den geringeren elektrischen Übergangswiderstand wird auch der Leistungsverlust an der Kontakteinrichtung verringert. Dadurch stellt sich eine geringere Kontakttemperatur ein.
Durch die geringeren Verluste führt dies zu einem erhöhten Wirkungsgrad des Gesamtprozesses. Weiterhin bewirkt die verbesserte Kontaktierung eine erhöhte Ausfallsicherheit.
Die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung kann weiterhin die Lebensdauer einer elektrischen Heizvorrichtung erhöhen, da korrosionsbedingte Alterungen der Kontakteinrichtung weitgehend vermieden werden, denn durch die feste Verbindung der Kontaktmittel werden die Kontaktflächen der Kontaktmittel vor Umwelteinflüssen wie Staub und Feuchtigkeit im wesentlichen wirksam geschützt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtung ist die Verbindung der Kontakteinrichtung formschlüssig und/oder starr herstellbar.
Eine formschlüssig herstellbare Verbindung des ersten und des zweiten Kontaktmittels der Kontakteinrichtung ist sehr vorteilhaft, da formschlüssige Verbindungen alterungsbeständiger sind und sich im allgemeinen durch Vibrationen und dergleichen weniger schnell lösen lassen, als derartige kraftschlüssige Steckverbindungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind.
Die Verwendung einer starren Verbindung ist ebenfalls von Vorteil.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Verbindung an der Kontakteinrichtung des ersten und des zweiten Kontaktmittels lösbar ausgeführt. Eine lösbar ausgeführte Verbindung der Kontakteinrichtung ist vorteilhaft, da dadurch ein Austausch einzelner Heizeinrichtungen oder Leistungseinrichtungen ermöglicht wird, ohne dass es erforderlich ist, bei Defekt einer Heizeinrichtung oder Leistungseinrichtung die gesamte elektrische Heizvorrichtung auszutauschen.
In einer bevorzugten Weiterbildung einer oder aller zuvor beschriebenen Weiterbildungen ist die Verbindung des ersten und des zweiten Kontaktmittels über wenigstens eine Befestigungseinrichtung herstellbar, welche einer Gruppe von Befestigungseinrichtungen entnommen ist, die Schraubeinrichtungen, Nieteinrichtungen, Hebelklemmeinrichtungen, Lötverbindungseinrichtungen und dergleichen mehr umfasst.
Bevorzugt ist wenigstens eine Befestigungseinrichtung oder im wesentlichen alle Befestigungseinrichtungen als Schraubeneinrichtung ausgeführt. Schraubeneinrichtungen haben viele Vorteile. Schraubeneinrichtungen sind nahezu beliebig oft lösbar und wiederbefestigbar, ohne dass die Festigkeit der Schraubverbindung nachlässt. Weiterhin haben Schraubeneinrichtungen den Vorteil, dass die Festigkeit der Verbindung über das Schraubmoment einstellbar ist, so dass genau definierte Verbindungskräfte herstellbar sind.
Im Vergleich dazu sind bei den im Stand der Technik bekannten Steckverbindungen die Verbindungskräfte abhängig von der Anzahl der erfolgten Verbindungen, da sich im allgemeinen die zusammengesteckten Teile mit der Zeit lockern können. Schraubverbindungen unterliegen solchen Alterungserscheinungen nicht.
Nieteinrichtungen sind ebenfalls sehr vorteilhaft, da sie ebenfalls eine feste und zuverlässige Verbindung der beiden Kontaktmittel der Kontakteinrichtung erlauben. Eine Nieteinrichtung kann z. B. durch Aufbohren wieder getrennt werden. Dann kann durch Einsatz einer neuen Nieteinrichtung die Verbindung in gleichbleibender Qualität wieder hergestellt werden. Wie auch bei einer Schraubeneinrichtung ist die Verbindungskraft einer Nieteinrichtung einstellbar. Dies kann z. B. durch die Wahl der Länge der Nieteinrichtungen erfolgen (und auch des Durchmessers etc.).
Ebenso ist es möglich, dass eine Hebelklemmeinrichtung oder dergleichen zur festen Verbindung des ersten und des zweiten Kontaktmittels eingesetzt wird. Mit einer Hebelklemmeinrichtung im Sinne dieser Erfindung ist hierbei eine Klemmeinrichtung zu verstehen, die durch Einsatz eines Hebels oder dergleichen eine verstärkte Klemmkraft ausübt. Vorzugsweise ist eine solche Hebelklemmeinrichtung derart ausgeführt, dass ein Exzenter oder dergleichen vorgesehen ist, so dass eine zuverlässige Sicherung gegen unabsichtliches Lösen durch Vibrationen oder dergleichen gewährleistet ist.
Mit derartigen Hebelklemmeinrichtungen kann zuverlässig und reproduzierbar eine bestimmte Klemmkraft aufgebracht werden. Durch Einstellung beispielsweise des Hebels oder der Abstände der zu klemmenden Teile kann die Klemmkraft genau eingestellt werden, so dass einerseits gewährleistet ist, dass die Klemmkraft genügend hoch ist und andererseits sichergestellt wird, dass eine Beschädigung der zu klemmenden Teile unterbleibt.
Auch derartige Klemmeinrichtungen sind sehr vorteilhaft. Im Unterschied zu den im Stand der Technik bekannten Steckverbindungen wird bei einer Hebelklemmeinrichtung nach Zusammenführen der zu klemmenden Teile eine genau definierte Kraft auf die zu klemmenden Teile aufgebracht, so dass die Kontaktmittel der Kontakteinrichtung fest und reproduzierbar fest verbunden werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch Lötverbindungen im Sinne dieser Erfindung möglich sind. Das Verlöten des ersten Kontaktmittels mit dem zweiten Kontaktmittel stellt eine feste Verbindung dar. Eine solche Verbindung ist durch z. B. Erhitzen auch wieder lösbar. Eine Lötverbindung ist im wesentlichen alterungsbeständig und wird auch nicht durch Vibrationen losgerüttelt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine Heizeinrichtung vorgesehen, welche einer Gruppe von Heizeinrichtungen entnommen ist, die Widerstandsheizeinrichtungen und PTC-Heizeinrichtungen umfasst.
Keramische Heizelemente mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) sind bevorzugt, da diese durch ihre positive Temperaturkennlinie eine quasi eingebaute Sicherung aufweisen.
Deshalb ist es bevorzugt, dass wenigstens eine Widerstandsheizeinrichtung wenigstens eine PTC-Heizeinrichtung ist. Besonders bevorzugt sind im wesentlichen alle Heizeinrichtungen als PTC-Heizeinrichtung ausgeführt, wie sie z. B. in der EP 0 901 311 A2 beschrieben sind.
Bevorzugt ist auch, dass neben PTC-Heizeinrichtungen auch oder auch nur Widerstandsheizeinrichtungen vorgesehen sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Materialien für die Kontaktmittel derart ausgewählt, dass galvanische Korrosion im wesentlichen vollständig oder zumindest weitgehend vermieden wird.
Bevorzugt sind die Kontaktflächen des ersten und des zweiten Kontaktmittels in allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen derart aneinander angepasst, dass eine relativ große Kontaktfläche der beiden Kontaktmittel ermöglicht wird. Dabei können die Kontaktflächen konvex, konkav, eben oder sonst wie geformt sein, sofern gewährleistet ist, dass die beiden Kontaktmittel über einen wesentlichen Teil ihrer Fläche aneinander anliegen, wenn eine feste Verbindung der Kontakteinrichtung besteht.
Eine derartige Flächen- und Formanpassung ist sehr vorteilhaft, da dadurch die Querschnittsfläche für den elektrischen Strom vergrößert wird. Dadurch wird die flächenbezogene Stromdichte verringert, was auch zu einer Verringerung des Übergangswiderstandes an der Kontakteinrichtung führt. Daraus folgt wiederum eine geringere Kontakteinrichtungstemperatur, und eine kleinere Verlustleistung an der Kontakteinrichtung, bzw. es kann bei gleichbleibender Stromdichte die Anzahl der Verbindungsstellen reduziert werden, was die Ausfallsicherheit erhöht.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Kontaktmittel der Kontakteinrichtung derart gestaltet, dass eine automatische Verbindung der beiden Kontaktmittel herstellbar ist. Zum Beispiel können die Kontaktmittel so geformt sein, dass bei einer als Schraubeneinrichtung (oder auch Nieteinrichtung) vorgesehenen Befestigungseinrichtung die Löcher für die Schraubeneinrichtung hinter den Kontaktmitteln so angeordnet sind, dass die Kontaktmittel und die Kontakteinrichtung insgesamt von ihrer äußeren Form so angeordnet sind, dass eine Einführung einer Schraube in die Löcher der Kontaktmittel einfach möglich.
Das ist von Vorteil, da dadurch eine einfachere automatische Verbindung der Kontaktmittel und der Kontakteinrichtung ermöglicht wird. Werden komplizierte und vielschichtige Bewegungen und Handgriffe nötig, so wird eine automatische Verbindung der Kontaktmittel erschwert, was letztendlich zu höheren Herstellungskosten führt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine Mehrzahl von Heizeinrichtungen und/oder Leistungseinrichtungen vorgesehen, wobei für jede Heizeinrichtung eine Kontakteinrichtung vorgesehen sein kann.
Vorzugsweise ist an wenigstens einer Heizungseinrichtung eine Wellrippeneinrichtung oder dergleichen vorgesehen, um den Wärmeübergang an das Heizmedium zu verbessern.
Vorzugsweise ist die elektrische Heizvorrichtung für den Betrieb mit einem Gas als Heizmedium und besonders bevorzugt für Luft als Heizmedium vorgesehen. Es ist allerdings auch möglich, dass die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit einer Flüssigkeit als Heizmedium betrieben wird, an die die Heizleistung der Heizeinrichtung abgegeben wird.
Vorzugsweise umfasst wenigstens eine Leistungseinrichtung eine Steuereinrichtung, die die Wärmeleistung wenigstens einer Heizeinrichtung steuert. Besonders bevorzugt ist für im wesentlichen jede Leistungseinrichtung eine Steuereinrichtung vorgesehen.
Dabei ist es möglich, dass beispielsweise ein Heizstrang, der aus mehreren Heizeinrichtungen besteht, gleichzeitig angesteuert wird und/oder dass jede einzelne Heizeinrichtung separat angesteuert wird. Eine separate Ansteuerung jeder einzelnen Heizeinrichtung erhöht die Regelungsmöglichkeiten der Heizvorrichtung und erlaubt eine genauere Justage an vorgegebene Bedingungen.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren dargestellt.
Darin zeigen:
Fig. 1
eine erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung in einer ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht vor Herstellung einer festen Verbindung;
Fig. 2
ein Paar Kontaktstellen in einer vergrößerten Darstellung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bei geöffneter Verbindung;
Fig. 3
die erfindungsgemäße Heizvorrichtung aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bei geschlossener fester Verbindung;
Fig. 4
eine feste Verbindung der Kontaktstellen gemäß Fig. 3 in vergrößerter Darstellung;
Fig. 5
eine feste Verbindung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6
eine gelötete Verbindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7
eine Steckverbindung aus dem Stand der Technik in geöffneter Stellung; und
Fig. 8
die Steckverbindung aus dem Stand der Technik gemäß Fig. 7 in zusammengestecktem Zustand.
Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Zusatzheizvorrichtung 1 weist einen Heizblock 2 und eine Steuervorrichtung 4 auf. Bei der in Fig. 1 dargestellten perspektivischen Darstellung sind Heizblock 2 und Steuervorrichtung 4 voneinander räumlich getrennt angeordnet.
Die Steuervorrichtung 4 weist Leistungseinrichtungen 5 in Form von Steuerelektroniken auf, die zur Ansteuerung der Heizelemente 3 des Heizblocks 2 dienen.
Zur Beaufschlagung mit Leistung sind Kontaktstellen 6 an der Steuervorrichtung 4 vorgesehen. Die Kontaktstellen 6 der Steuervorrichtung werden mit den Kontaktstellen 7 des Heizblocks zusammengebracht und es wird eine feste Verbindung zwischen den Kontaktstellen 6 und 7 hergestellt.
In Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung der Kontaktstellen 6 der Steuervorrichtung und der Kontaktstellen 7 des Heizblocks 2 abgebildet.
In Fig. 3 ist die erfindungsgemäße Heizvorrichtung in Form einer Zusatzheizung 1 in zusammenmontiertem Zustand abgebildet. Als Befestigungseinrichtung zur Herstellung der festen Verbindung zwischen den Kontaktstellen 6 und Kontaktstellen 7 dienen vorzugsweise selbstschneidende Schrauben 9, die durch Vorlöcher bzw. Löcher 13 in den Kontaktstellen 6 und Löcher 14 in den Kontaktstellen 7 durchgeführt und anschließend verschraubt werden, so dass die Kontaktstellen 6 und 7 eine feste und starre Verbindung eingehen, die in diesem Beispiel auch formschlüssig ist.
Die Schrauben 9 werden im Ausführungsbeispiel mit einem vorbestimmten und genügend hohen Drehmoment gespannt oder durchgebohrt, so dass ein Lösen durch Vibrationen beim Betrieb und dergleichen zuverlässig verhindert wird.
Durch die Schraubenkraft bedingt, werden die kontaktierenden Kontaktbereiche der Kontaktelemente 6 und 7 aneinander gepresst, so dass eine große Kontaktfläche entsteht. Das führt dazu, dass die mittlere Stromdichte in den Kontaktflächen und der Übergangswiderstand an den Kontakteinrichtungen 8 relativ gering ist. Dadurch wird die Verlustleistung an den Übergangsstellen der Kontakteinrichtungen insgesamt verringert, so dass auch die Kontakttemperatur sinkt.
Diese Maßnahmen erhöhen unter anderem auch die Lebensdauer der Verbindung und der Zusatzheizeinrichtung insgesamt, da mögliche Fehlerquellen vermieden werden.
Im Vergleich dazu ist in den Figuren 7 und 8 eine herkömmliche Steckverbindung dargestellt, wie sie im Stand der Technik bekannt ist. Die Kontaktstellen 6a und 7a werden zur Herstellung des Kontakts zusammengesteckt, wobei an der Kontaktstelle 7a ein federndes Blech vorgesehen ist, das einen gewissen Druck auf die Kontaktstelle 6a ausübt. Diese Federwirkung lässt allerdings mit häufigem Anstecken und Abstecken der Verbindung nach.
Außerdem sind die in Kontakt geratenen Flächen insgesamt relativ gering, da unter Umständen nur an der Knickstelle des Federblechs ein Kontakt entsteht.
Berücksichtigt man weiter noch die nachlassende Federwirkung bei aufeinander folgenden Steckungen, so ergibt sich insgesamt bei der im Stand der Technik bekannten Kontakteinrichtung eine relativ geringe Kontaktfläche, was zu einem relativ hohen Übergangswiederstand führt. Dadurch bedingt ist die Kontakttemperatur hoch und die Verlustleistung am Übergang groß.
Im Gegensatz dazu ist bei der erfindungsgemäßen Kontakteinrichtung 8 gemäß Fig. 1 bis 4 der Übergangswiderstand klein und die Verlustleistung gering. Des weiteren kann sich bei dem in den Fig. 7 und 8 dargestellten bekannten Beispiel aus dem Stand der Technik die Verbindung lösen, indem z. B. durch Vibrationen beim Betrieb in einem Kraftfahrzeug die Verbindungskraft nachlässt und sich die Verbindung zwischen Heizeinrichtung bzw. Heizelement und der Steuerelektronik löst.
Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Zusatzheizung weist hingegen eine formschlüssige Verbindung der Kontaktelemente 6 und 7 auf, so dass prinzip-bedingt ein Lösen durch Nachlassen der Federwirkung eines Federelements 15 wie im Stand der Technik vermieden wird (wenigstens bei geeignetem Schraubendrehmoment).
Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Heizblock und die Steuervorrichtung im wesentlichen gleich ausgeführt wie bei dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Insbesondere ist der Heizblock mit den Heizelementen und die Steuervorrichtung mit den Leistungseinrichtungen identisch aufgebaut wie bei dem in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind allerdings in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 Nieten vorgesehen, um eine feste Verbindung zwischen den Kontaktelementen 6 und 7 herzustellen.
Nieten haben den Vorteil, dass eine selbständige Lösung durch Vibration und dergleichen, wie sie bei Schrauben unter Umständen möglich ist, im wesentlichen ausgeschlossen ist. Sie ermöglichen es ebenfalls, dass eine bestimmte vordefinierte Kraft auf die Verbindung aufgegeben wird, obwohl diese Kraft bei Verwendung von Schrauben noch besser dosierbar ist.
Durch die Aufbringung der Kraft auf die Kontaktelemente 6 und 7 bei der Herstellung der Nietverbindung werden die Kontaktelemente 6 und 7 zuverlässig aneinander gepresst, so dass eine großflächige Kontaktfläche vorliegt. Somit wird auch in diesem Ausführungsbeispiel ein geringer Übergangswiderstand und somit eine geringe Verlustleistung an der Kontakteinrichtung 8 gewährleistet.
Die in Fig. 5 eingezeichnete Kontaktfläche 16 erstreckt sich im wesentlichen über den Kontaktbereich der Kontaktelemente 6 und 7 und ist nicht nur auf eine Linie begrenzt, wie dies im Stand der Technik der Fall sein kann. In allen Ausführungsbeispielen sind die Kontaktflächen 16 derart aneinander angepasst, dass sie aneinander anliegen können.
In allen Ausführungsbeispielen sind Wellrippen 12 an den Heizelementen 3 vorgesehen, um die Wärme abgebende Oberfläche zu vergrößern.
Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 6 sind die wesentlichen Teile der Heizvorrichtung wieder gleich ausgeführt wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 5.
Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 und 5 ist als Befestigungseinrichtung hier eine Lötverbindung 11 zwischen den Kontaktelementen 6 und den Kontaktelementen 7 vorgesehen. Auch durch Lötung (oder auch Schweißung) wird eine zuverlässige feste Verbindung zwischen den Kontaktelementen 6 und 7 gewährleistet, die auch durch Vibrationen und übliche Alterungserscheinungen nicht gelöst wird.
Eine Lötverbindung ist ebenfalls relativ leicht wieder lösbar, indem die Kontaktstelle der Kontaktelementen 6 und 7 an der Lötverbindung 11 auf eine entsprechend angepasste Temperatur gebracht wird. Dadurch ist mit relativ geringem Aufwand ein beliebig häufiges Herstellen und Lösen der Kontaktverbindung zwischen den Kontaktelementen 6 und 7 herstellbar. Auch eine solche Verbindung ist verschleißfrei.
Zusammengefasst ergeben sich eine Reihe von Vorteilen bei Einsatz der erfindungsgemäßen Zusatzheizeinrichtung.
Eine Alterung des Kontakts durch Korrosion, Feuchtigkeit, Staub und sonstige Verschmutzungen, wie es bei den im Stand der Technik bekannten Heizeinrichtungen gemäß Fig. 7 und 8 möglich ist, scheidet bei Einsatz der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung aus. Weiterhin wird eine bessere Kontaktierung zwischen den Heizelementen und der Steuerelektronik erzielt, was einen geringeren Übergangswiderstand und somit eine geringere Verlustleistung bewirkt.
Insgesamt kann die Zahl der Teile reduziert werden, da die Kontaktierung verbessert ist. Dadurch wird eine bessere Ausfallsicherheit erzielt.
Die Stromführung der Leistungselektronik oder des Heiznetzes ist so ausgelegt, dass sie die mechanische Belastung der Dehnung der verschiedenen Bauteile aufnehmen kann.
Vorzugsweise ist die Verbindung bei allen Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung so gewählt, dass eine automatisierte Verbindung herstellbar ist. Deshalb sind die Verbindungsstellen im wesentlichen frei zugänglich, so dass durch eine unaufwendige automatische Montage die erfindungsgemäße Heizvorrichtung zusammengebaut werden kann.

Claims (14)

  1. Elektrische Heizvorrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahrzeug,
    mit wenigstens einer Heizeinrichtung (3);
    wenigstens einer Leistungseinrichtung (5), welche mit der Heizeinrichtung über wenigstens ein erstes (6) und ein zweites (7) Kontaktmittel einer Kontakteinrichtung (8) in elektrischem Kontakt steht;
    dadurch gekennzeichnet, dass diese Kontakteinrichtung (8) derart gestaltet ist, dass eine feste Verbindung des ersten (6) und des zweiten (7) Kontaktmittels herstellbar ist.
  2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung an dieser Kontakteinrichtung (8) formschlüssig und/oder starr herstellbar ist.
  3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung an dieser Kontakteinrichtung (8) lösbar ist.
  4. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung über wenigstens eine Befestigungseinrichtung herstellbar ist, welches einer Gruppe von Befestigungseinrichtungen entnommen ist, die Schraubeinrichtungen (9), Nieteinrichtungen (10), Hebelklemmeinrichtungen, Lötbefestigungseinrichtungen (11) und dergleichen mehr umfasst.
  5. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Heizeinrichtung (3) aus einer Gruppe von Heizeinrichtungen (3) entnommen ist, welche Widerstands-Heizeinrichtungen, PTC-Heizeinrichtungen und dergleichen mehr umfasst.
  6. Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Widerstands-Heizeinrichtung und wenigstens eine PTC-Heizvorrichtung vorgesehen ist.
  7. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien für die Kontaktmittel (6, 7) derart ausgewählt sind, dass galvanische Korrosion vermieden wird.
  8. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche des ersten (6) und des zweiten (7) Kontaktmittels aneinander angepasst sind, um eine große Kontaktfläche (16) zu ermöglichen.
  9. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel (6, 7) der Kontakteinrichtung (8) derart gestaltet sind, dass eine automatische Verbindung herstellbar ist.
  10. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Heizeinrichtungen (3) und/oder eine Mehrzahl von Leistungseinrichtungen (5) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Anzahl von Leistungseinrichtungen (5) gleich der Anzahl von Heizeinrichtungen (3) ist.
  11. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wellrippen-Einrichtungen (12) an wenigstens einer Heizeinrichtung (3) vorgesehen sind.
  12. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Leistungseinrichtung (5) eine Steuerungseinrichtung umfasst, welche die Wärmeleistung wenigstens einer Heizeinrichtung (3) steuert.
  13. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für im wesentlichen jede Leistungseinrichtung (5) eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist.
  14. Heizvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizmedium ein Gas und vorzugsweise Luft ist.
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