EP1916873B1 - Wärmeerzeugendes Element für eine elektrische Heizvorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a heat-generating element having at least one PTC heating element and an insulated housing surrounding the PTC heating element, as well as electrical traces resting on opposite sides of the PTC heating element.
- Such a heat-generating element is as part of a Zuloomers for a motor vehicle, for example from the EP 0 350 528 known.
- Other heat-generating elements are for example from the DE 32 08 802 .
- the conductor track which is usually formed by an electrically conductive sheet metal, encapsulated by a surrounding the heat-generating element sleeve which applies the conductor with a certain pressure against the at least one PTC element (see above DE 32 08 802 ).
- the PTC element is surrounded with the mutually adjacent tracks with a metallic sleeve, which is coated on the inside with silicone rubber, so that the conductive metal sheets are held in the insulating sleeve.
- This arrangement alone is not sufficient to build up a sufficient contact pressure for pressing the strip conductors against the PTC element. Accordingly, the entire layer structure is surrounded by a press plate.
- the previously known heat-generating element is relatively sluggish, ie heat generated by the PTC element is relatively poorly dissipated to the outside.
- the As a result, the previously known heat-generating element has a poor thermal efficiency and reacts relatively slowly to changing thermal conditions.
- radiator elements formed on both sides of the heat-generating element by means of meandering bent metal sheets. These are applied under spring bias against the heat-generating element. Since the interconnect between the radiator element and the at least one PTC element is provided so as to be freely movable, the interconnect is applied against the PTC element via the spring force. In this construction, however, there is the problem that creepage currents migrating away from the radiator element and / or the frame, especially when the heat-generating element is operated at high voltages, can not be avoided. In addition, the current-carrying parts are exposed on the outside of the heat-generating element, which is also questionable for reasons of safety.
- the aforementioned disadvantage with respect to a poor heat conduction has also from the DE 28 04 749 known heating element, in which three generic heat-generating elements are arranged at an angle of 120 ° about a cylinder axis. Between the individual heat-generating elements are cylindrical circular segment pieces of an electrical insulating material, in each of which a flow channel for a to be heated by the heating cartridge fluid are recessed. Such a structure is insufficient particularly in the convective removal of heat generated by the PTC element by air. Heat can not be dissipated to the required extent by the PTC element.
- the present invention is based on the problem of specifying a heat-generating element in which a good contact between the conductor track and the at least one PTC element can be ensured and which is electrically insulated from the environment in an improved manner.
- the present invention provides an improved electrical heater for a motor vehicle.
- the present invention provides a heat generating element having the features of claim 1.
- This has a housing consisting of a housing shell element and a shell counter element, which abut each other with the interposition of a sealing strip and the at least one heating element encloses sealed.
- this known per se holding frame is formed as a housing which holds the PTC heating elements and not only in a plane in a predetermined manner and spaced from each other, but also seal the PTC heating elements from the environment.
- the invention proposes a shell-shaped housing which comprises a housing shell element and a shell counter element.
- the two housing elements lie with the interposition of a sealing strip to each other, so that the peripherally enclose the at least one PTC heating element cross edges of the housing elements sealing the PTC element.
- the housing is formed as a flat, preferably in several PTC heating elements on a heat generating element elongated strip-shaped component whose height is preferably not higher than the height of the corresponding PTC heating elements. At least one housing element, namely the housing shell element should grasp the edge of the PTC heating element.
- This edge-mounted version lies with the interposition of the sealing strip close to the shell counter-element, which may be formed, for example, in the manner of a housing shell, or may be formed substantially as a flat strip, so that the lateral edges of the housing shell element substantially over the entire height of PTC heating element extend.
- the shell counter-element which may be formed, for example, in the manner of a housing shell, or may be formed substantially as a flat strip, so that the lateral edges of the housing shell element substantially over the entire height of PTC heating element extend.
- the compression elements after the US 6,147,330 act accordingly as a mechanical biasing means biasing the two housing elements with the interposition of the foot ends of the radiator elements against each other.
- the structure of the previously known heat generating element is relatively expensive.
- the production requires that the two housing elements are pushed one above the other in the longitudinal direction, while the compression element is located between the respective webs of the housing elements.
- the compressive force caused by compression elements is not sufficient to ensure good contact between the electrodes and the PTC element. This good contact is necessary in order to ensure a resistance-free or low-resistance transmission of electric current from the electrodes to the PTC element as well as good heat extraction of heat generated by the PTC element.
- the present invention is based on the principle that the electrodes are formed by conductor tracks which are pressed against the PTC element under the prestress of a spring force acting from outside on the layer structure (cf. EP 0 350 528 ).
- the present invention provides a heat-generating element for a corresponding heater with a frame, in which a good contact between the conductor and the at least one PTC element is ensured and which is in an improved manner to the environment electrically isolated.
- Decisive for this is a sealing strip which is provided on opposite end sides of the housing elements.
- the front sides of the housing elements are in particular those surfaces of the housing elements considered, which directly define a receiving area for the at least one PTC element, which is formed by the corresponding housing shell element, extend substantially parallel to a contact surface formed by the corresponding housing shell element and the same Alignment as the contact surface have, ie can be seen in a plan view of the housing shell element in the receiving area for the at least one PTC heating element.
- the sealing strip may be an adhesive strip, which first connects the housing shell elements together and is somewhat compressible to allow a stronger pressing together of the PTC elements against the contact surfaces of the housing shell elements.
- a compression force possibly acting on the sealing strip in other words forces the housing shell elements apart.
- the sealing strip may also be formed as a groove which engages in a recessed on the other housing member opening.
- Essential for the sealing element is the fact that a gap formed between the two housing shell elements sealingly to bridge and beyond, preferably, a certain mobility of the housing shell elements toward each other or away from each other to allow, without said gap opens to the outside.
- a sealing strip in the sense of the present invention can be, for example, a sealing element arranged between opposite end faces of the housing shell elements, which is supported on said end faces.
- the sealing strip can also be made in one piece on the housing shell element or the housing shell counter element be educated.
- a tongue and groove connection In such a tongue and groove connection, the spring forms the sealing strip.
- the spring engages in a formed on the other housing member groove, which is preferably dimensioned such that the two housing elements are movable within certain limits transverse to a plane which extends parallel to the conductor tracks.
- the tongue and groove connection also prevents direct access to the interior of the housing from the outside and thus forms a sealing strip in the context of the present invention.
- the above-mentioned mobility of the two housing elements relative to each other in a direction transverse to a plane extending parallel to the two interconnects allows a certain adjustment of the clear distance of the parallel conductor tracks, so that manufacturing tolerances are compensated especially on the part of the PTC heating elements can, without having to dispense with a flat and good conditioning of the PTC or the heating elements on the respective tracks.
- a corresponding mobility is also due to a sealing strip having a certain compressibility and is supported between opposite end faces of the housing elements. All that is important here is that the two housing elements are movable relative to one another at least slightly transversely to the plane which extends parallel to the conductor tracks, without the seal of the interior of the housing being lost.
- the mobility should preferably be designed so that the said manufacturing tolerances due to different thickness PTC heating elements and / or thermal stresses during operation of the heat-generating element can be tracked by relative movement between the two housing elements. It is assumed that this mobility of a few tenths of a millimeter is sufficient. This does not necessarily mean that greater mobility must be prevented constructively. Rather, the heat-generating element is particularly suitable for mounting in a layer structure consisting of heat-generating elements and radiator elements, which is held under compressive stress, so that the tracks lie at all times on the PTC heating element and the structural integrity of the housing by the externally acting pressure force is ensured.
- the heat-generating element usually forms a strip-shaped layer of a layer structure, which comprises at least one, preferably two on opposite sides of the heat-generating element adjacent radiator elements. These are arranged in a frame.
- the radiator elements and the heat-generating elements lie as elongated layers of the layer structure within the frame.
- the housing in this case serves to fix the PTC or the heating elements within the position of the heat-generating element, in a direction transverse to the longitudinal extent of the heat-generating element and preferably also in the longitudinal direction of the heat-generating element.
- spacers or the like may be provided on the housing, which hold the arranged in a plane behind the other PTC heating elements at a predetermined distance from each other.
- the housing elements are preferably formed from a highly insulating plastic, such as an electrically high-quality polyamide or Teflon.
- the material used in each case should have a high tracking resistance.
- the CTI value for the PTC element received in the housing should be at least 400, preferably 600.
- the sheet metal strip is preferably located directly between the insulating layer and the PTC heating element and adjacent thereto and serves to energize the same.
- the previously mentioned injection-molded part can be in conventional plastic injection-molded part, preferably from the above-mentioned electrically high-quality plastic.
- a housing element may be formed as a CIM component (Ceramic Injection Molding).
- the ceramic powder for producing the at least one housing element is mixed with plastic to obtain a flowable suspension, which is processed with an injection molding machine.
- the injection-molded green compact is freed from the binder. Thereafter, the Bönling thus obtained compacted to a sintered ceramic part.
- a housing element designed as a sintered ceramic part can cooperate with the injection-molded plastic housing element.
- This ceramic part can rest for example as a flat plate on the cross-sectionally U-shaped and the at least one PTC heating element laterally grasping plastic injection molded part with the interposition of the sealing strip.
- the band-shaped ceramic part in turn forms the outside of the housing.
- a further metal strip is usually provided between the ceramic part and the PTC heating element to which the PTC heating element is applied directly and via which the PTC heating element is energized.
- the PTC heating element may form a substantially U-shaped housing element as a ceramic component. It has proved particularly expedient to form the ceramic parts as alumina molded sintered parts.
- both housing elements may be formed as plastic injection molded parts.
- both housing elements d. H. Housing shell element and shell counter element as identical components form, each of which has a U-shaped cross-section and each hold a part of the PTC heating element at the edge.
- the shell shell element and the shell counter element have substantially half the thickness of the PTC heating element.
- Each of the housing elements summarizes a part of the PTC heating element as a shell element laterally.
- the sealing contact of the two housing elements on the sealing strip can be done by an external force, which is introduced after installation of the heat-generating element in an electric heater from the outside to the heat-generating element.
- This may be a force acting from the outside on the layer structure spring force, for example, from the EP 0 350 528 is known.
- the sealing strip may also have an adhesive function, so that the housing shell element and the housing counter element are glued to one another via the sealing strip. This bond can be such that the components are permanently and firmly attached to each other. It is also conceivable to apply the sealing strip so that it exerts a tensile force on the opposite housing elements, so that manufacturing tolerances, in particular justified by the PTC heating element, as well as expansions due to temperature differences can be compensated by the sealing strip, for a uniform elastic bias provides the housing elements, which usually each include a sheet metal strip, which lie directly on one side - regularly the top or bottom of the PTC heating element and energize this.
- the two housing elements are preferably applied under bias against each other.
- This bias is either generated by the sealing strip or - which will probably be the rule - via an externally acting on the housing clamping force, which leads to a compression of the sealing strip for sufficient sealing of the two housing elements against each other.
- inventive heat-generating element as part of a layer structure, for example according to EP 0 350 528 is arranged under spring tension in a frame, the adhesive sealing strip, the two housing elements add to a unit that is easier to handle and install during assembly.
- the present invention further claims an electric heater with a frame and a layered structure received in the frame, which comprises at least one heat-generating element according to one of claims 1 to 13 and at least one radiator element extending parallel to the heat-generating element.
- the radiator element is preferably understood as any element with good thermal conductivity, which emits via ribs, the heat introduced by heat conduction from the heat generating element heat to the air flowing to the radiator element.
- Typical radiator elements are formed from a meandering bent metal strip or formed as an extruded aluminum profile and preferably have at least one planar contact surface for the installation of the heat-generating element.
- FIG. 1 shows a cross-sectional view of a first embodiment of a heat generating element 1, which comprises two elongated U-shaped housing elements 2.3, which are each formed as sintered alumina components.
- the opposing webs of each housing element 2.3 are frontally with the interposition of a sealing strip 4 to each other.
- the thus created, circumferentially electrically sealed space receives several in the longitudinal direction of the heat generating element 1 successively arranged (transverse to the drawing plane) PTC heating elements, of which only one heating element 5 is shown here.
- each sheet metal strips 6.7 as traces for energizing the PTC heating elements 5.
- the traces at the front end of the housing elements 2.3 project beyond this There, if necessary, to project beyond the outside of a surrounding the heat-generating elements and biased in a layer structure holding frame and form there electrical frame connections.
- the thickness of the sealing strip 4 is chosen so that the conceivable thickness-wise manufacturing tolerances of at least one PTC element 5 can be compensated by compression of the sealing strip 4 without abutting the two housing elements.
- PCT heating elements are subject to certain dimensional variations due to production. If the elastic properties and the dimension of the sealing strip 4 is selected adapted, such thickness tolerances (in the direction of the arrow h) can be compensated by compression of the sealing strip, so that given the conceivable thickness-wise deviations basically a circumferential seal the PTC heating element receiving interior is.
- the dimensions are selected so that a lateral edge which laterally grips the at least one PTC heating element has a width B which is not wider than 15% of the width b of the PCT heating element 5.
- the height H is defined as the distance between the upper and Bottom of the housing element 2,3 and the contact surface for the sheet metal strip 7 forming the inside of the element 2,3. Accordingly, the heat generating element is relatively flat.
- the support for the PTC heating element 5, ie the ceramic back of the element 2 or 3 does not occupy more than 7.5% of the height of the PTC heating element 5 a. This rear side alone provides support for the PTC heating element.
- the compression of the sealing strip made of a compressible plastic which is supported on opposite end faces of the two housing elements 2, 3 leads to a certain mobility of the two housing elements 2, 3 transversely to a plane which extends parallel to the lower or upper metal strip 6, 7.
- FIG. 2 a cross-sectional view of a second embodiment is shown. Same components are opposite to the in FIG. 1 shown embodiment with the same reference numerals.
- FIG. 2 embodiment shown has two identical housing elements 2.3 for manufacturing simplification.
- one of the end faces formed by the edges of the respective housing elements 2 and 3 has a groove 20; the other end face is surmounted by a spring 21.
- the spring 21 of one of the housing elements 2, 3 is engaged in the complementarily formed groove 20 of the other housing element 3, 2, so that the interior of the housing 2, 3 is sealed.
- care should be taken that the width of the groove 20 is only slightly larger than the thickness of the spring 21.
- the depth of the groove 20 and the length of the spring 21 are selected so that when taken in the housing PTC elements 5, these lie flat against the metal strip 6.7 and that the housing elements 2.3 in shrinkage and / or Setzbeträgen or due to manufacturing tolerances, in particular on the part of the PTC elements 5 at least still slightly can be moved toward each other and in the expected manufacturing tolerances or thermal expansion groove 20 and spring 21 with sufficient overlap to seal the housing are engaged.
- FIG. 3 an alternative embodiment of a heat-generating element 1 is shown in cross-sectional view. Also in this embodiment, not only the housing shell element 2, but also the shell counter element 3 is cup-shaped. Both housing elements 2, 3 are manufactured as injection-molded plastic parts, by means of which both an aluminum oxide track 8 as an insulating layer and a metal track 10 contacting the PTC heating element 5 on the inside are fastened. The alumina layers 8 form the top and bottom outer sides of the heat generating element 1. In this direction, the heat generating element 1 is relatively thin, so that heat generated by the PTC heating element can pass through a conduit 11 to a radiator element 11 almost unhindered. The radiator elements 11 are additionally taken laterally in the embodiment shown by the plastic material of the two housing elements 2.3 and held in position.
- edges of the housing elements 2, 3 produced by encapsulation project beyond the aluminum oxide layer 8 on the outside, as a result of which the radiator elements resting directly on the aluminum oxide layer 8 protrude 11 not across to the FIG. 2 shown layer structure can be moved.
- FIG. 3 indicated electric heater for a motor vehicle is enclosed by a frame which receives heat generating elements 1 and 11 radiator elements.
- a frame which receives heat generating elements 1 and 11 radiator elements.
- radiator elements 11 and heat generating elements 1 are provided and held under spring bias in the frame.
- the spring can be accommodated in the edge region of the frame, integrated in the frame or in the middle of the frame within the layer structure.
- the radiator elements 11 immediately adjacent to the radiator elements 1 and apply the layer structure under spring bias holding spring against two radiator elements.
- the layer structure thus formed is exposed within the frame and can be flowed through by the frame of incoming air.
- the electrical connection of the heat-generating elements 1 is usually carried out by laterally extending individual metal sheets outwardly beyond the frame.
- the electrical auxiliary heater is to seal the PTC heating elements 5 in the circumferential direction, so that laterally incoming air, even if it brings moisture or pollution with it, can not get directly to the PTC heating element. Moreover, it has been found that just a possible leakage current between the opposing conductive metal sheets 6,7 is to be prevented. Accordingly, the tracks 6,7 readily exposed in a conventional manner also on a transversely extending to the layer structure spar of the frame, if moist and / or polluted air does not impinge on the heat-generating element and possibly an electrical flashover between the tracks can cause different polarity.
- the leakage current path should be maximized.
- This creepage distance should be at least 2.5 mm for the applications in question at a voltage of up to 500 volts.
- the creepage distance can be increased, for example, by a contouring on the end faces of the housing elements 2, 3, provided that this is formed within the sealing strip 4.
- the inner wall of the two housing elements 2,3 may be contoured to extend the creepage distance.
- the width of the metal strip can be reduced in any case to the exact dimension of the PTC heating element 5.
- the overmolding of the in FIG. 3 omitted sheet metal strip 10 is omitted and this are placed on the ceramic plate 8.
- Such a configuration is particularly suitable when the heat-generating element is arranged as part of a layer structure in a frame, similar to a heater EP 0 350 528 in which the individual layers of the heat-generating and heat-emitting layer structure are held under pressure of at least one spring in the frame.
- the compressible sealing strip 4 may also be formed in one piece on housing elements 2 and 3 formed from plastic. This is in particular the design of the housing elements 2 and 3 by a thermoplastic elastomer, which is sufficiently compressible in order to allow a seal and a relative mobility of the housing elements 2.3 to each other.
- the thickness of the housing elements 2,3, ie the height H or the width B according to FIG. 1 should not exceed 1.5 mm. At any rate, for reasons of strength, a lower limit of 0.45 mm is currently being considered for this dimension.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeerzeugendes Element mit wenigstens einem PTC-Heizelement und ein das PTC-Heizelement umgebendes isoliertes Gehäuse sowie elektrische Leiterbahnen, die an gegenüberliegenden Seiten an dem PTC-Heizelement anliegen.
- Ein derartiges wärmeerzeugendes Element ist als Teil eines Zuheizers für ein Kraftfahrzeug beispielsweise aus der
EP 0 350 528 bekannt. Weitere wärmeerzeugende Elemente sind beispielsweise aus derDE 32 08 802 ,DE 30 46 995 oderDE 28 04 749 bekannt. - Grundsätzlich besteht bei derartigen gattungsbildenden wärmeerzeugenden Elementen das Problem, dass durch gute mechanische Kontaktierung zwischen der Leiterbahn und dem PTC-Element ein geringer Übergangswiderstand bereitgestellt werden soll, so dass eine Bestromung des wärmeerzeugenden Elementes ohne substantielle Erwärmung an der Phasengrenze zu dem PTC-Element möglich ist. Dieses Erfordernis wird insbesondere relevant, wenn das wärmeerzeugende Element mit höhen Betriebsspannungen von etwa 500 Volt oder mehr bestromt werden soll.
- Bei gattungsgemäßen elektrischen Heizvorrichtungen wird die Leiterbahn, welche üblicherweise durch eine elektrisch leitende Blechbahn gebildet wird, durch eine das wärmeerzeugende Element umgebende Hülse gekapselt, welche die Leiterbahn mit gewissem Druck gegen das wenigstens eine PTC-Element anlegt (so
DE 32 08 802 ). Bei diesem Stand der Technik wird das PTC-Element mit den beiderseitig anliegenden Leiterbahnen mit einer metallischen Hülse umgeben, die innenseitig mit Silikonkautschuk beschichtet ist, so dass die leitenden Blechbahnen isolierend in der Hülse gehalten sind. Diese Anordnung allein reicht nicht zum Aufbau eines hinreichenden Anpressdrucks zum Andrücken der Leiterbahnen gegen das PTC-Element. Dementsprechend ist der gesamte Schichtaufbau von einer Pressplatte umgeben. So ist das vorbekannte wärmeerzeugende Element relativ träge, d. h. von dem PTC-Element erzeugte Wärme wird relativ schlecht nach außen abgeleitet. Das vorbekannte wärmeerzeugende Element hat dementsprechend einen schlechten thermischen Wirkungsgrad und reagiert relativ langsam auf sich ändernde thermische Bedingungen. - Zur Wärmeabfuhr ist es beispielsweise aus der
EP 0 350 528 bekannt, beiderseits des wärmeerzeugenden Elementes durch mäandrierend gebogene Blechbahnen gebildete Radiatorelemente anzulegen. Diese werden unter Federvorspannung gegen das wärmeerzeugende Element angelegt. Da die Leiterbahn zwischen dem Radiatorelement und dem wenigstens einen PTC-Element frei beweglich vorgesehen ist, wird die Leiterbahn über die Federkraft gegen das PTC-Element angelegt. Bei diesem Aufbau besteht jedoch das Problem, dass insbesondere bei einem Betrieb des wärmeerzeugenden Elementes mit hohen Spannungen über das Radiatorelement und/oder den Rahmen abwandernde Kriechströme nicht vermieden werden können. Darüber hinaus liegen die stromführenden Teile an der Außenseite des wärmeerzeugenden Elementes frei, was auch aus Gründen der Sicherheit bedenklich ist. - Den vorerwähnten Nachteil bezüglich einer schlechten Wärmeleitung hat auch die aus der
DE 28 04 749 bekannte Heizpatrone, bei welcher drei gattungsgemäße wärmeerzeugende Elemente in einem Winkel von 120° versetzt um eine Zylinderachse angeordnet sind. Zwischen den einzelnen wärmeerzeugenden Elementen befinden sich zylindrische Kreissegmentstücke aus einem elektrischen Isoliermaterial, in welchen jeweils ein Strömungskanal für ein durch die Heizpatrone zu erwärmendes Fluid ausgespart sind. Ein solcher Aufbau ist insbesondere bei der konvektiven Abfuhr der durch das PTC-Element erzeugten Wärme durch Luft unzureichend. Wärme kann hierbei nicht in dem erforderlichen Maß von dem PTC-Element abgeführt werden. - Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein wärmeerzeugendes Element anzugeben, bei welchem eine gute Kontaktierung zwischen der Leiterbahn und dem wenigstens einen PTC-Element sichergestellt werden kann und die in verbesserter Weise gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert ist. Darüber hinaus soll mit der vorliegenden Erfindung ein verbesserter elektrischer Zuheizer für ein Kraftfahrzeug angegeben werden.
- Zur Lösung des obigen Problems wird mit der folgenden Erfindung ein wärmeerzeugendes Element mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Dieses hat ein Gehäuse bestehend aus einem Gehäuseschalenelement und einem Schalengegenelement, die unter Zwischenlage eines Dichtstreifens aneinander anliegen und das wenigstens eine Heizelement abgedichtet umschließt.
- Mit der vorliegenden Erfindung wird ein beispielsweise aus der
EP 0 350 528 bekannte Halterahmen weitergebildet, der die PTC-Elemente, die an einem wärmeerzeugenden Element für einen elektrischen Zuheizer üblicherweise in einer Ebene hintereinander angeordnet sind, in ihrer Lage halten und welcher insbesondere dafür sorgt, dass das jeweilige PTC-Heizelement nicht aus dem Zuheizer herausfällt. Mit der vorliegenden Erfindung wird dieser an sich bekannte Halterahmen als Gehäuse ausgebildet, welches das bzw. die PTC-Heizelemente nicht nur in einer Ebene in vorbestimmter Weise hält und zueinander beabstandet, sondern darüber hinaus die PTC-Heizelemente gegenüber der Umgebung abdichten. Hierzu wird mit der Erfindung ein schalenförmiges Gehäuse vorgeschlagen, welches ein Gehäuseschalenelement und ein Schalengegenelement umfasst. Die beiden Gehäuseelemente liegen unter Zwischenlage eines Dichtstreifens aneinander an, so dass die randseitig das wenigstens eine PTC-Heizelement übergreifende Ränder der Gehäuseelemente das PTC-Element dichtend umschließen. Das Gehäuse ist als ebenes, vorzugsweise bei mehreren PTC-Heizelementen an einem wärmeerzeugenden Element längliches streifenförmiges Bauteil ausgebildet, dessen Höhe vorzugsweise nicht höher als die Höhe der entsprechenden PTC-Heizelemente ist. Zumindest ein Gehäuseelement, nämlich das Gehäuseschalenelement sollte das PTC-Heizelement randseitig fassen. Diese randseitige Fassung liegt unter Zwischenlage des Dichtstreifens dicht an dem Schalengegenelement an, welches beispielsweise nach Art einer Gehäuseschale ausgebildet sein kann, oder aber im wesentlichen als ebener Streifen ausgebildet sein kann, so dass sich die seitlichen Ränder des Gehäuseschalenelementes im wesentlichen über die gesamte Höhe des PTC-Heizelementes erstrecken. - Aus der
US 6,147,330 ist ein wärmeerzeugendes Element mit zwei Gehäuseelementen zur Aufnahme eines PTC-Elementes bekannt, die unter der elastischen Vorspannkraft eines kompressiblen Elementes unter Vorspannung gehalten sind. Dementsprechend weisen die beiden Gehäuseelemente einander übergreifende Stege auf, die zwischen sich das elastische Kompressionselement klemmen. Die beiden Gehäuseelemente müssen bei der Montage in Längsrichtung übereinander geschoben werden, und zwar unter Zwischenlage der Kompressionselemente. Diese Kompressionselemente legen Radiatorelemente unter Vorspannung gegen Elektroden eines mehrlagigen PTC-Elementes an. Die Gehäuseelemente übergreifen hierzu die Radiatorelemente fußseitig. - Die Kompressionselemente nach der
US 6,147,330 wirken dementsprechend als mechanische Vorspannmittel, die die beiden Gehäuseelemente unter Zwischenlage der Fußenden der Radiatorelemente gegeneinander vorspannen. - Der Aufbau des vorbekannten wärmeerzeugenden Elementes ist aber relativ aufwendig. Insbesondere die Herstellung bedingt, dass die beiden Gehäuseelemente in Längsrichtung übereinander geschoben werden, während das Kompressionselement zwischen den jeweiligen Stegen der Gehäuseelemente befindlich ist. Des Weiteren reicht die Kompressionskraft, die durch Kompressionselemente bewirkt wird, nicht aus, eine gute Kontaktierung zwischen den Elektroden und dem PTC-Element sicher zu stellen. Diese gute Kontaktierung ist notwendig, um eine widerstandsfreie bzw. widerstandsarme Übertragung von elektrischem Strom von den Elektroden auf das PTC-Element sowie eine gute Wärmeauskopplung von durch das PTC-Element erzeugter Wärme zu gewährleisten.
- Mit der vorliegenden Erfindung wird an dem Prinzip festgehalten, dass die Elektroden durch Leiterbahnen gebildet sind, die unter Vorspannung einer von außen auf den Schichtaufbau wirkenden Federkraft gegen das PTC-Element angedrückt werden (vgl. insbesondere
EP 0 350 528 ). - Die vorliegende Erfindung gibt aber ein wärmeerzeugendes Element für einen entsprechenden Zuheizer mit einem Rahmen an, bei welchem eine gute Kontaktierung zwischen der Leiterbahn und dem wenigstens ein PTC-Element sichergestellt wird und die in verbesserter Weise gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert ist. Maßgeblich hierfür ist ein Dichtstreifen, der an einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Gehäuseelemente vorgesehen ist. Als Stirnseiten der Gehäuseelemente werden insbesondere diejenigen Flächen der Gehäuseelemente angesehen, welche einen Aufnahmebereich für das wenigstens eine PTC-Element, welcher durch das entsprechende Gehäuseschalenelement gebildet wird, unmittelbar begrenzen, sich im Wesentlichen parallel zu einer durch das entsprechende Gehäuseschalenelement gebildeten Anlagefläche erstrecken und die gleiche Ausrichtung wie die Anlagefläche haben, d.h. bei einer Draufsicht auf das Gehäuseschalenelement in den Aufnahmebereich für das wenigstens eine PTC-Heizelement erkennbar sind. Der Dichtstreifen kann ein Klebestreifen sein, der zunächst die Gehäuseschalenelemente miteinander verbindet und in gewisser Weise kompressibel ist, um ein stärkeres Aneinanderdrücken der PTC-Elemente gegen die Anlageflächen der Gehäuseschalenelemente zu ermöglichen. Eine eventuell auf den Dichtstreifen wirkende Kompressionskraft drängt mit anderen Worten die Gehäuseschalenelemente auseinander. Der Dichtstreifen kann aber auch als Nut ausgebildet sein, die in eine an dem anderen Gehäuseelement ausgesparte Öffnung eingreift. Wesentlich für das Dichtelement ist die Tatsache, einen zwischen beiden Gehäuseschalenelementen ausgebildeten Spalt dichtend zu überbrücken und darüber hinaus vorzugsweise eine gewisse Beweglichkeit der Gehäuseschalenelemente aufeinander zu bzw. voneinander weg zu ermöglichen, ohne dass sich der besagte Spalt nach außen öffnet.
- Ein Dichtstreifen im Sinne der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein zwischen einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Gehäuseschalenelemente angeordnetes Dichtelement sein, welches sich an den besagten Stirnseiten abstützt. Alternativ kann der Dichtstreifen auch einteilig an dem Gehäuseschalenelement oder dem Gehäuseschalengegenelement ausgebildet sein. Gedacht ist hier insbesondere an eine Nut-Feder-Verbindung. Bei einer solchen Nut-Feder-Verbindung bildet die Feder den Dichtstreifen aus. Die Feder greif in eine an dem anderen Gehäuseelement ausgebildete Nut ein, die vorzugsweise derart dimensioniert ist, dass die beiden Gehäuseelemente in gewissen Grenzen quer zu einer Ebene beweglich sind, welche sich parallel zu den Leiterbahnen erstreckt. Die Nut-Feder-Verbindung verhindert darüber hinaus den direkten Zugang zu dem Innern des Gehäuses von der Außenseite und bildet somit einen Dichtstreifen im Sinne der vorliegenden Erfindung.
- Die vorstehend angesprochene Beweglichkeit der beiden Gehäuseelemente relative zueinander in einer Richtung quer zu einer Ebene, die sich parallel zu den beiden Leiterbahnen erstreckt, erlaubt eine gewisse Anpassung des lichten Abstandes der parallel vorgesehenen Leiterbahnen, so dass Fertigungstoleranzen insbesondere auf Seiten der PTC-Heizelemente ausgeglichen werden können, ohne dass auf eine flächige und gute Anlage des oder der PTC-Heizelemente an den jeweiligen Leiterbahnen verzichtet werden muss. Eine entsprechende Beweglichkeit ergibt sich auch aufgrund eines Dichtstreifen, der eine gewisse Kompressibilität aufweist und sich zwischen einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Gehäuseelemente abstützt. Dabei kommt es lediglich darauf, dass die beiden Gehäuseelemente zumindest geringfügig quer zu der Ebene, die sich parallel zu den Leiterbahnen erstreckt, relativ zueinander beweglich sind, ohne dass die Abdichtung des Innern des Gehäuses verloren geht. Die Beweglichkeit soll vorzugsweise so ausgestaltet sein, dass die besagten Fertigungstoleranzen aufgrund unterschiedlich dicker PTC-Heizelemente und/oder Wärmespannungen beim Betrieb des wärmeerzeugenden Elementes durch Relativbewegung zwischen den beiden Gehäuseelementen nachgeführt werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass hierzu eine Beweglichkeit von wenigen Zehntel Millimetern ausreicht. Dies bedeutet nicht zwangsläufig, dass eine größere Beweglichkeit konstruktiv verhindert werden muss. Vielmehr eignet sich das wärmeerzeugende Element insbesondere zum Einbauch in einen Schichtaufbau bestehend aus wärmeerzeugenden Elementen und Radiatorelementen, der unter Druckspannung gehalten ist, so dass die Leiterbahnen zu jeder Zeit an dem PTC-Heizelement anliegen und die strukturelle Integrität des Gehäuses durch die von Außen wirkende Druckkraft sichergestellt wird.
- Soweit bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung auf das Abdichten des PTC-Heizelementes abgestellt wird, kommt hierbei insbesondere eine Sichtweise in Umfangsrichtung zu tragen. Das wärmeerzeugende Element bildet üblicherweise eine streifenförmige Lage eines Schichtaufbaus, welcher wenigstens ein, vorzugsweise zwei an gegenüberliegenden Seiten an dem wärmeerzeugenden Element anliegende Radiatorelemente umfasst. Diese sind in einem Rahmen angeordnet. Die Radiatorelemente und die wärmeerzeugenden Elemente liegen als längliche Lagen des Schichtaufbaus innerhalb des Rahmens. Das Gehäuse dient hierbei der Fixierung des oder der PTC-Heizelemente innerhalb der Lage des wärmeerzeugenden Elementes, und zwar in einer Richtung quer zur Längserstreckung des wärmeerzeugenden Elementes sowie vorzugsweise auch in Längsrichtung des wärmeerzeugenden Elementes. Hierzu können an dem Gehäuse Abstandhalter oder dergleichen vorgesehen sein, welche die in einer Ebene hintereinander angeordneten PTC-Heizelemente in einem vorgegebenen Abstand zueinander halten.
- Die Gehäuseelemente sind vorzugsweise aus einem hochisolierenden Kunststoff, beispielsweise einem elektrisch hochwertigem Polyamid oder Teflon gebildet. Das jeweils zur Anwendung kommende Material sollte eine hohe Kriechstromfestigkeit haben. Der CTI-Wert für das in dem Gehäuse aufgenommene PTC-Element sollte wenigstens 400, vorzugsweise 600 sein. Bei der Ausbildung wenigstens eines Gehäuseelementes als Spritzgussteil bietet es sich an, eine hieran durch Umspritzen befestigte Isolierschicht und/oder einen durch Umspritzen befestigten Blechstreifen vorzusehen, wobei die Isolierschicht üblicherweise die Außenseite des wärmeerzeugenden Elementes bildet, die sich parallel zur der Ober- bzw. Unterseite des PTC-Heizelementes erstreckt. Der Blechstreifen liegt vorzugsweise unmittelbar zwischen der Isolierschicht und dem PTC-Heizelement und an diesem anliegend und dient der Bestromung desselben. Das vorher erwähnte Spritzgussteil kann in konventioneller ein Kunststoffspritzgussteil, vorzugsweise aus dem bereits vorstehend genannten elektrisch hochwertigen Kunststoff sein. Alternativ kann jedenfalls ein Gehäuseelement als CIM-Bauteil (Ceramic Injection Moulding) ausgebildet sein. Hierzu wird das Keramikpulver zur Herstellung des wenigstens einen Gehäuseelementes mit Kunststoff vermischt, um eine fließfähige Suspension zu erhalten, die mit einer Spritzgießmaschine verarbeitet wird. Der spritzgegossene Grünling wird von dem Bindemittel befreit. Danach wir der so erhaltene Bräunling zu einem gesinterten Keramikteil verdichtet.
- Mit dem spritzgegossenen Kunststoff-Gehäuseelement kann beispielsweise ein als gesintertes Keramikteil ausgebildetes Gehäuseelement zusammen wirken. Dieses Keramikteil kann beispielsweise als ebene Platte an dem im Querschnitt U-förmig ausgebildeten und das wenigstens eine PTC-Heizelement seitlich fassenden Kunststoffspritzgussteil unter Zwischenlage des Dichtstreifens anliegen. Hierdurch wird auf einfache Weise eine umfängliche Isolierung für das PTC-Element geschaffen. Das bandförmige Keramikteil wiederum bildet die Außenseite des Gehäuses. Auf der Innenseite wird üblicherweise zwischen dem Keramikteil und dem PTC-Heizelement ein weiterer Blechstreifen vorgesehen, an dem das PTC-Heizelement unmittelbar anliegt und über welches das PTC-Heizelement bestromt wird.
- Selbstverständlich ist es denkbar, auch dass das PTC-Heizelement fassende, im wesentliche U-förmige ausgebildete Gehäuseelement als Keramikbauteil auszubilden. Es hat sich Is besonders zweckmäßig erwiesen, die Keramikteile als aus Aluminiumoxid geformte Sinterteile auszubilden. Ebenso gut können beide Gehäuseelemente als Kunststoffspritzgussteile ausgebildet sein.
- Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, beide Gehäuseelemente, d. h. Gehäuseschalenelement und Schalengegenelement als identische Bauteile auszubilden, welche jeweils für sich einen U-förmigen Querschnitt haben und jeweils für sich einen Teil des PTC-Heizelementes randseitig fassen. In diesem Fall haben das Gehäuseschalenelement und das Schalengegenelement im wesentlichen die halbe Dicke des PTC-Heizelementes. Jedes der Gehäuseelemente fasst als Schalenelement einen Teil des PTC-Heizelementes seitlich ein. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass beide Gehäuseelemente in einem identischen Spritzgießwerkzeug hergestellt werden können. Darüber hinaus wird die Warenwirtschaft und die Lagerhaltung sowie die Fertigungslogistik vereinfacht, da das Gehäuse durch zwei identische Bauteile ausgebildet wird.
- Die dichtende Anlage der beiden Gehäuseelemente über den Dichtstreifen kann durch eine äußere Kraft erfolgen, die nach Einbau des wärmeerzeugenden Elementes in eine elektrische Heizung von außen auf das wärmeerzeugende Element eingebracht wird. Hierbei kann es sich um eine von außen auf den Schichtaufbau wirkende Federkraft handeln, die beispielsweise aus der
EP 0 350 528 bekannt ist. - Alternativ oder zusätzlich kann der Dichtstreifen auch eine Klebefunktion haben, so dass das Gehäuseschalenelement und das Gehäusegegenelement über den Dichtstreifen miteinander verklebt sind. Diese Verklebung kann so sein, dass die Bauteile dauerhaft und fest aneinander angelegt sind. Auch ist es denkbar, den Dichtstreifen so aufzubringen, dass dieser auf die gegenüberliegenden Gehäuseelemente eine Zugkraft ausübt, so dass Fertigungstoleranzen, insbesondere begründet durch das PTC-Heizelement, sowie Ausdehnungen aufgrund von Temperaturunterschieden durch den Dichtstreifen kompensiert werden können, der für eine gleichmäßige elastische Vorspannung der Gehäuseelemente sorgt, die üblicherweise jeweils für sich eine Blechbahn umfassen, die unmittelbar an einer Seite - regelmäßig der Ober- bzw. Unterseite des PTC-Heizelementes anliegen und dieses bestromen. Insbesondere bei der Anwendung hoher Spannungen muss darauf geachtet werden, dass an der Phasengrenze zwischen dem Blechstreifen und dem PTC-Heizelement kein erheblicher Übergangswiderstand an der Einleitungsstelle des Stromes in das PTC-Heizelement entsteht. Hierzu werden die beiden Gehäuseelemente vorzugsweise unter Vorspannung gegeneinander angelegt. Diese Vorspannung wird entweder durch den Dichtstreifen erzeugt oder - was wohl die Regel sein wird - über eine von Außen auf das Gehäuse wirkende Spannkraft, die zu einer Kompression des Dichtstreifens zur hinreichenden Abdichtung der beiden Gehäuseelemente gegeneinander führt.
- Sofern das erfindungsgemäße wärmeerzeugende Element als Teil eines Schichtaufbaues zum Beispiel gemäß
EP 0 350 528 unter Federvorspannung in einem Rahmen angeordnet wird, kann der klebende Dichtstreifen die beiden Gehäuseelemente zu einer Einheit fügen, die sich bei der Montage leichter handhaben und einbauen lässt. - Bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen wärmeerzeugenden Elementes sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 13 angegeben.
- Mit der vorliegenden Erfindung wird ferner ein elektrischer Zuheizer mit einem Rahmen und einem in dem Rahmen aufgenommenen Schichtaufbau beansprucht, welcher wenigstens ein wärmeerzeugendes Element nach einem der Ansprüche 1 - 13 und wenigstens ein sich parallel zu dem wärmeerzeugenden Element erstreckendes Radiatorelement umfasst. Als Radiatorelement wird hierbei vorzugsweise jedes gut wärmeleitende Element verstanden, welches über Rippen, die durch Wärmeleitung von dem wärmeerzeugenden Element eingebrachte Wärme an die das Radiatorelement anströmende Luft abgibt. Typische Radiatorelemente sind aus einem mäandrierend gebogenen Blechstreifen gebildet oder als stranggepresstes Aluminiumprofil ausgeformt und haben vorzugsweise zumindest eine ebene Anlagefläche zur Anlage des wärmeerzeugenden Elementes.
- Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
- Figur 1
- Eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines wärmeerzeugenden Elementes;
- Figur 2
- Eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines wärmeerzeugenden Elementes und
- Figur 3
- Eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen wärmeerzeugenden Elementes mit den Radiatorelementen eines elektrischen Zuheizers.
- Die
Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispieles eines wärmeerzeugenden Elementes 1, welches zwei längliche U-förmige Gehäuseelemente 2,3 umfasst, die jeweils als gesinterte Aluminiumoxid-Bauteile ausgebildet sind. Die einander gegenüberliegenden Stege jedes einzelnen Gehäuseelementes 2,3 liegen stirnseitig unter Zwischenlage eines Dichtstreifens 4 aneinander an. Der hierdurch geschaffene, umfänglich elektrisch abgedichtete Raum nimmt mehrere in Längsrichtung des wärmeerzeugenden Elementes 1 hintereinander angeordnete (quer zur Zeichnungsebene) PTC-Heizelemente auf, von denen hier lediglich ein Heizelement 5 gezeigt ist. - Zwischen dem PTC-Heizelement 5 und den beiden Gehäuseelementen 2,3 befinden sich jeweils Blechstreifen 6,7 als Leiterbahnen zur Bestromung der PTC-Heizelemente 5. Wie üblich können die Leiterbahnen am stirnseitigen Ende der Gehäuseelemente 2,3 diese überragen, um dort, gegebenenfalls die Außenseite eines die wärmeerzeugende Elemente umgebenden und unter Vorspannung in einem Schichtaufbau haltenden Rahmen zu überragen und dort elektrische Rahmenanschlüsse auszubilden.
- Die Stärke des Dichtstreifens 4 ist so gewählt, das denkbare dickenmäßige Fertigungstoleranzen wenigstens eines PTC-Elementes 5 durch Kompression des Dichtstreifens 4 ohne Aneinanderstoßen der beiden Gehäuseelemente ausgeglichen werden können. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, das PCT-Heizelemente fertigungsbedingt gewissen maßlichen Schwankungen unterliegen. Sofern die elastischen Eigenschaften und die Dimension des Dichtstreifens 4 angepasst gewählt wird, können solche dickenmäßigen Toleranzen (in Richtung des Pfeils h) durch Kompression des Dichtstreifens ausgeglichen werden, so dass bei den denkbaren dickenmäßigen Abweichungen grundsätzlich eine umfängliche Abdichtung das PTC-Heizelement aufnehmenden Innenraums gegeben ist.
- Bei dem in
Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Abmessungen so gewählt, dass ein seitlicher Rand, der das wenigstens eine PTC-Heizelement seitlich fasst, eine Breite B hat, die nicht breiter als 15 % der Breite b des PCT-Heizelementes 5 ist. Zwischen der Höhe H des keramischen Gehäuseelementes 2,3 an der Unter- bzw. Oberseite und der Höhe h des PTC-Heizelementes 5 besteht ein Verhältnis von 0,7 : 10. Die Höhe H ist dabei definiert als der Abstand zwischen der Ober- bzw. Unterseite des Gehäuseelementes 2,3 und der die Anlagefläche für den Blechstreifen 7 bildenden Innenseite des Elementes 2,3. Dementsprechend ist das wärmeerzeugende Element relativ flach. Die die Abstützung für das PTC-Heizelement 5, d. h. die keramische Rückseite des Elementes 2 bzw. 3 nimmt nicht mehr als 7,5 % der Höhe des PTC-Heizelementes 5 ein. Diese Rückseite allein bewirkt die Abstützung für das PTC-Heizelement. - Die Kompression des sich an gegenüberliegenden Stirnseiten der beiden Gehäuseelemente 2,3 abstützenden Dichtstreifens aus einem kompressiblen Kunststoff führt zu einer gewissen Beweglichkeit der beiden Gehäuseelemente 2,3 quer zu einer Ebene, die sich parallel zu dem unteren bzw. oberen Blechstreifen 6,7 erstreckt.
- In
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt. Gleiche Bauteile sind gegenüber dem inFigur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. - Auch das in
Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel hat zur fertigungstechnischen Vereinfachung zwei identische Gehäuseelemente 2,3. Jeweils eine der durch die Ränder gebildeten Stirnseiten der jeweiligen Gehäuseelemente 2 bzw. 3 hat eine Nut 20; die andere Stirnseite wird von einer Feder 21 überragt. Die Feder 21 eines der Gehäuseelemente 2,3 ist in der komplementär ausgebildeten Nut 20 des andere Gehäuseelementes 3,2 im Eingriff, so dass das Innere des Gehäuses 2,3 abgedichtet ist. Hierzu sollte darauf geachtet werden, dass die Breite der Nut 20 nur unwesentlich größer als die Dicke der Feder 21 ist. Die Tiefe der Nut 20 bzw. die Länge der Feder 21 sind so gewählt, dass bei in dem Gehäuse aufgenommenen PTC-Elementen 5 diese flächig an den Blechstreifen 6,7 anliegen und dass die Gehäuseelemente 2,3 bei Schrumpfung und/oder Setzbeträgen bzw. aufgrund von Fertigungstoleranzen insbesondere auf Seiten der PTC-Elemente 5 zumindest noch geringfügig aufeinander zu bewegt werden können und bei den zu erwartenden Fertigungstoleranzen bzw. Wärmedehnungen Nut 20 bzw. Feder 21 mit hinreichender Überlappung zur Abdichtung des Gehäuses im Eingriff sind. - In
Figur 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines wärmeerzeugenden Elementes 1 in Querschnittsansicht gezeigt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist nicht nur das Gehäuseschalenelement 2, sondern auch das Schalengegenelement 3 schalenförmig ausgebildet. Beide Gehäuseelemente 2,3 sind als Kunststoffspritzgussteile gefertigt, an denen mittels Umspritzen sowohl eine Aluminiumoxidbahn 8 als Isolierschicht wie auch eine innenseitig unmittelbar daran anliegende, das PTC-Heizelement 5 kontaktierende Blechbahn 10 befestigt sind. Die Aluminiumoxidschichten 8 bilden die ober- und unterseitigen Außenseiten des wärmeerzeugenden Elementes 1. In dieser Richtung ist das wärmeerzeugende Element 1 relativ dünn, so dass von dem PTC-Heizelement erzeugte Wärme nahezu ungehindert durch Leitung zu einem Radiatorelement 11 gelangen kann. Die Radiatorelemente 11 werden bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich durch das Kunststoffmaterial der beiden Gehäuseelemente 2,3 seitlich gefasst und so in Position gehalten. Speziell überragen die durch Umspritzen erzeugte Ränder der Gehäuseelemente 2,3 die Aluminiumoxidschicht 8 außenseitig, wodurch die unmittelbar an der Aluminiumoxidschicht 8 anliegenden Radiatorelemente 11 nicht quer zu dem inFigur 2 gezeigten Schichtaufbau verschoben werden können. - Der in
Figur 3 angedeutete elektrische Zuheizer für ein Kraftfahrzeug wird von einem Rahmen umschlossen, welcher wärmeerzeugende Elemente 1 und Radiatorelemente 11 aufnimmt. Üblicherweise sind mehrere Lagen von Radiatorelementen 11 und wärmeerzeugenden Elementen 1 vorgesehen und unter Federvorspannung in dem Rahmen gehalten. Die Feder kann hierzu im Randbereich des Rahmens, integriert in den Rahmen oder in der Mitte des Rahmens innerhalb des Schichtaufbaus aufgenommen sein. Üblicherweise wird man die Radiatorelemente 11 unmittelbar benachbart zu den Radiatorelementen 1 anordnen und die den Schichtaufbau unter Federvorspannung haltende Feder gegen zwei Radiatorelemente anlegen. Der so gebildete Schichtaufbau liegt innerhalb des Rahmens frei und kann von den Rahmen anströmender Luft durchströmt werden. Der elektrische Anschluss der wärmeerzeugenden Elemente 1 erfolgt üblicherweise durch seitliches Verlängern einzelner Blechbahnen nach außen über den Rahmen hinaus. - Wesentlich für die Verwirklichung des elektrischen Zuheizers ist es, die PTC-Heizelemente 5 in Umfangsrichtung abzudichten, so dass seitlich einströmende Luft, auch wenn sie Feuchtigkeit oder Verschmutzung mit sich bringt, nicht unmittelbar an das PTC-Heizelement gelangen kann. Im übrigen hat sich herausgestellt, dass gerade ein möglicher Kriechstrom zwischen den einander gegenüber liegenden leitenden Blechbahnen 6,7 verhindert werden soll. Demnach können die Leiterbahnen 6,7 ohne weiteres in an sich bekannter Weise auch an einem sich quer zu dem Schichtaufbau erstreckenden Holm des Rahmens freiliegen, sofern hier feuchte und/oder verschmutzte Luft nicht auf das wärmeerzeugende Element auftrifft und eventuell einen elektrischen Überschlag zwischen den Leiterbahnen unterschiedlicher Polarität verursachen kann.
- Zur Verhinderung von Kriechströmen sollte die Kriechstromstrecke maximiert werden. Als Kriechstromstrecke ergibt sich bei dem Ausführungsbeispiel in
Figur 1 der Weg von dem Rand des oberen Blechstreifens 7 entlang der Inneren Oberfläche des Gehäuseschalenelementes 2, teilweise über die Stirnseite des Randabschnitts dieses Gehäuseschalenelementes 2 und über die Teilumfangsfläche des Dichtstreifens 4 zu der Stirnseite des Schalengegenelementes 3 und weiter an der Innenwand dieses Schalengegenelementes 3 bis hin zu der randseitigen Stirnseite des unteren Blechstreifens 7. Diese Kriechstrecke sollte mindestens 2,5 mm für die hier in Rede stehenden Anwendungen bei einer Spannung von bis zu 500 Volt sein. Die Kriechstromstrecke kann beispielsweise durch eine Konturierung an den Stirnseiten der Gehäuseelemente 2,3 vergrößert werden, sofern diese innerhalb der Dichtstreifen 4 ausgebildet ist. Alternativ kann auch die Innenwandung der beiden Gehäuseelemente 2,3 zur Verlängerung der Kriechstrecke konturiert sein. Ebenso gut kann die Breite der Blechstreifen jedenfalls bis auf die exakte Abmessung des PTC-Heizelementes 5 vermindert werden. Aus gleiche Gründen kann auf das Umspritzen des inFigur 3 gezeigten Blechstreifens 10 verzichtet und dieser auf die Keramikplatte 8 aufgelegt werden. Eine solche Ausgestaltung bietet sich insbesondere dann an, wenn das wärmeerzeugende Element als Teil eines Schichtaufbaus in einem Rahmen angeordnet wird, um eine Zuheizer ähnlichEP 0 350 528 zu bilden, in dem die einzelnen Lagen des wärmeerzeugenden und wärmeabgebenden Schichtaufbaus unter Druck wenigstens einer Feder in dem Rahmen gehalten sind. - Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann der kompressible Dichtstreifen 4 auch einteilig an aus Kunststoff gebildeten Gehäuseelementen 2 bzw. 3 ausgebildet sein. Gedacht ist hierbei insbesondere an die Ausbildung der Gehäuseelemente 2 bzw. 3 durch einen thermoplastischen Elastomer, der für sich hinreichend kompressibel ist, um eine Abdichtung und eine relative Beweglichkeit der Gehäuseelemente 2,3 zueinander zu ermöglichen. Die Dicke der Gehäuseelemente 2,3, also die Höhe H bzw. die Breite B gemäß
Figur 1 sollte 1,5 mm nicht überschreiten. Für diese Abmessung wird jedenfalls derzeit aus Festigkeitsgründen eine Untergrenze von 0,45mm gesehen. -
- 1
- Wärmeerzeugendes Element
- 2
- Gehäuseschalenelement
- 3
- Schalengegenelement
- 4
- Dichtstreifen
- 5
- PTC-Heizelement
- 6
- Blechstreifen
- 7
- Blechstreifen
- 8
- Keramikplatte
- 9
- Keramikplatte
- 10
- Blechstreifen
- 11
- Radiatorelement
- 20
- Nut
- 21
- Feder
- H
- Höhe der Abstützung für das PTC-Heizelement
- h
- Höhe des PTC-Heizelementes
- B
- Breite der seitlichen Einfassung des PTC-Heizelementes
- b
- Breite des PTC-Heizelementes
Claims (14)
- Wärmeerzeugendes Element (1), insbesondere zur Lufterwärmung in einem elektrischen Zuheizer eines Kfz, umfassend wenigstens ein PTC-Heizelement (5) und ein das PTC-Heizelement (5) umgebendes, isolierendes Gehäuse (2, 3) sowie elektrische Leiterbahnen (5; 6, 10), die an gegenüberliegenden Seiten an dem PTC-Heizelement (5) anliegen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Gehäuse (2, 3) ein Gehäuseschalenelement (2) und ein Schalengegenelement (3) umfasst, die unter Zwischenlage eines an gegenüberliegenden Stirnseiten der Gehäuseelemente (2, 3) anliegenden Dichtstreifen (4, 21) aneinander anliegen, und
dass das Dichtelement die Gehäuseelemente (2, 3) bei einer von außen auf das wärmeerzeugende Element (1) wirkenden und die Leiterbahnen (5; 6, 10) gegen das wenigstens eine PTC-Heizelement drückenden Druckkraft gegeneinander abdichtet und das wenigstens eine PTC-Heizelement abgedichtet umschließt. - Wärmeerzeugendes Element nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtstreifen (4, 21) so ausgebildet ist, dass unter Beibehaltung der Abdichtung die Gehäuseelemente (2, 3) geringfügig in einer Richtung quer zu einer Ebene relativ zueinander beweglich sind, die sich parallel zu den Leiterbahnen (5; 6, 10) erstreckt.
- Wärmeerzeugendes Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseschalenelement (2) und das Gehäusegegenelement (3) mittels des Dichtstreifens (4) miteinander verklebt sind.
- Wärmeerzeugendes Element nach einem der vorherigen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Gehäuseelemente (2, 3) als gesintertes Keramikteil (8) ausgebildet ist und dass auf das Keramikteil (8) benachbart zu dem PTC-Heizelement (5) ein Blechstreifen (6, 7) als Leiterbahn aufgelegt ist.
- Wärmeerzeugendes Element nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikteil (8, 9) ein aus Aluminiumoxid gebildetes Sinterteil ist.
- Wärmeerzeugendes Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, durch, ein Kunststoffspritzgussteil, welches eine durch Umspritzen daran befestigte Isolierschicht (8) und/oder einen durch Umspritzen befestigten Blechstreifen (10) aufweist.
- Wärmeerzeugendes Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseschalenelement (2) und das Schalengegenelement (3) als im wesentlichen die halbe Dicke des PTC-Heizelementes (5) seitlich jeweils fassende Schalenelemente ausgebildet sind.
- Wärmeerzeugendes Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseschalenelement (2) und das Schalengegenelement (3) identisch ausgebildet sind.
- Wärmeerzeugendes Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtstreifen (4) so dimensioniert ist, dass denkbare dickenmäßige Fertigungstoleranzen des wenigstens einen PTC-Heizementes (5) durch Kompression ohne Aneinanderstoßen der beiden Gehäuseelemente (2, 3) ausgeglichen werden können.
- Wärmeerzeugendes Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtstreifen durch eine Feder (21) gebildet ist, die von einem Gehäuseelement (2; 3) abragt und in einer an dem andere Gehäuseelement (3; 2) ausgebildeten Nut (20) im Eingriff ist.
- Wärmeerzeugendes Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch das Gehäuseelement (2, 3) gebildeter, das wenigstens eine PTC-Heizelement (5) seitlich fassender Rand (B) nicht breiter als 1,5mm ist.
- Wärmeerzeugendes Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch das Gehäuseelement (2, 3) gebildete Abstützung für das PCT-Heizelement (5) nicht, höher als 10%, vorzugsweise nicht höher als 5% der Höhe des PCT-Heizelements (5) ist.
- Wärmeerzeugendes Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung des PTC-Heizelementes (5) allein durch den Blechstreifen (10) und/oder das Keramikteil (8) gebildet ist.
- Elektrischer Zuheizer mit einem Rahmen und einem in dem Rahmen aufgenommenen Schichtaufbau, umfassend wenigstens ein wärmeerzeugendes Element (1) nach einem der vorherigen Ansprüche und wenigstens ein sich parallel hierzu erstreckendes Radiatorelement (11), wobei die Druckkraft durch die Kraft einer den Schichtaufbau unter Federvorspannung in dem Rahmen haltenden Feder ist.
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