EP2190256B1 - Wärmeübertrager - Google Patents

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EP2190256B1
EP2190256B1 EP09175647.8A EP09175647A EP2190256B1 EP 2190256 B1 EP2190256 B1 EP 2190256B1 EP 09175647 A EP09175647 A EP 09175647A EP 2190256 B1 EP2190256 B1 EP 2190256B1
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EP
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electrical insulating
conductor
heat
ptc
heat exchanger
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Thierry Clauss
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Mahle Behr France Rouffach SAS
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Mahle Behr France Rouffach SAS
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    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger according to the preamble of claim 1 and a related automotive air conditioning system.
  • Automotive air conditioning systems serve to heat and / or to cool the air to be supplied to the interior of a motor vehicle.
  • electric heaters are used to heat the air supplied to the interior.
  • the electric heater comprises a heat exchanger with a PTC element.
  • Positive Temperature Coefficient (PTC) elements are current-carrying materials that have electrical resistance and conduct electricity better at lower temperatures than at higher temperatures. Their electrical resistance thus increases with increasing temperature.
  • the PTC element is generally made of ceramic and is a PTC thermistor.
  • a heat exchanger comprises a PTC element, at least two electrical conductors by means of which electrical current is passed through the PTC element and heat conducting elements, in particular lamellae, by means of which the surface for heating the air increases and thus the heat of the PTC element is transferred to the heat conducting element and the air.
  • motor vehicles are produced which have an exclusive electric drive or a hybrid drive.
  • Automotive air conditioning systems for these vehicles generally no longer have a heat exchanger for heating the air flowing through the cooling liquid. The entire heating power of the motor vehicle air conditioning system must therefore be applied by the electric heater.
  • the PTC element with high voltage, z. B. in the range of 50 to 50 volts instead of low voltage with 12 volts to operate.
  • High voltage in an automotive air conditioning system is a security problem because, for example, by a human touch of high voltage parts of the person from the high voltage health damage can be added.
  • the US 4,327,282 shows a heat exchanger with a PTC heating element.
  • Current is passed through the PTC heating element by means of contact plates and an insulating layer is arranged on the contact plates.
  • the components are held together by means of a U-shaped clip.
  • a heat generating element of a heater for air heating comprising at least one PTC element and voltage applied to opposite side surfaces of the PTC element electrical conductor tracks, wherein the two electrical conductors are surrounded on the outside by a non-electrically conductive insulating layer.
  • the EP 1 768 457 A1 discloses a heat generating element of a heating device, wherein the heat generating element comprises a PTC element, which is arranged between electrical conductor tracks. For safety against electrical flashovers and leakage currents, an insulating gap is provided between a positioning frame and the PTC element.
  • the US Pat. No. 6,178,292 B1 discloses a fluid-flow radiator with an electric heater disposed thereon.
  • the EP 2 023 056 A1 discloses a connection process for an air heater.
  • the object of the present invention is to provide a heat exchanger and a motor vehicle air conditioning system in which a with electric current under high voltage, for. B. more than 50 V, operated heat exchanger without endangering the environment, especially people, can be operated.
  • the heat exchanger and the motor vehicle air conditioning should be inexpensive to manufacture and work reliably in operation.
  • this heat exchanger comprises at least one PTC element, at least two conductors electrically connected to the at least one PTC element, in particular printed circuit boards, in order to conduct electrical current through the at least one PTC element and thereby the PTC element to heat and at least one heat conducting element for transferring heat from the at least one PTC element to a fluid to be heated and at least one means, for.
  • adhesive or a mechanical pressure load for.
  • a clip or a spring for connecting the at least one PTC element, the at least two conductors and the at least one heat-conducting element with one another, wherein at least one heat-conducting element is electrically insulated from at least one conductor by means of at least one first electrical insulating element.
  • the at least one first electrical insulating element is arranged between at least one conductor and at least one heat-conducting element, and at least one second electrical insulating element electrically insulates at least one PTC element and at least one conductor, wherein the at least one first electrical insulating element consists of a different material as the at least one second electrical insulating element.
  • the at least one second electrical insulating element is in, preferably immediate, contact with the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one heat-conducting element, in particular a heat-conducting plate of the heat-conducting element.
  • the at least one second electrical insulating element is a hardenable or hardened fluid or gel, for. B. an adhesive, in particular silicone adhesive, or an insulating gel or fluid.
  • the fluid or gel is electrically isolated.
  • the at least one PTC element and the at least one conductor in particular exclusively, material and / or positive and / or non-positive, z. B. by means of adhesive and / or a mechanical pressure loading means, for.
  • a spring connected to each other and / or the at least one heat conducting element and the at least one first electrical insulating element, in particular exclusively, material and / or form and / or force fit, z. B. by means of adhesive and / or a mechanical pressure loading means, for.
  • As a spring connected to each other and / or the at least one conductor and the at least one first electrical insulating element, in particular exclusively, material and / or positive and / or non-positive, z. B. by means of adhesive and / or a mechanical pressure loading means, for.
  • a cohesive connection has the advantage that as a means for connecting the components of the heat exchanger, d. H. the at least one PTC element, the at least two conductors and the at least one heat conducting element, no complex holding device, for. As a clip or a frame is required. As a means for connecting thus serves the material which produces the cohesive connection.
  • the at least one second electrical insulation element isolates the at least one PTC element and the at least one conductor in those regions and covers a surface thereof in which the at least one PTC element or the at least one conductor does not make contact or connection to the at least one PTC element or the at least one conductor or the at least one heat conducting element or the at least one first electrical insulating element is.
  • the at least one second insulating element is at least partially enclosed or covered by a frame profile and / or the first electrical insulating element and / or the heat conducting plate.
  • the at least one first electrical insulating element comprises ceramic and / or plastic, for. As polyimide, and / or a mineral, for. B. MICA, and / or the at least one first electrical insulating element is a film, a plate or a coating.
  • the at least one second electrical insulating element is introduced by means of injection into a cavity for insulating and / or the at least one second electrical insulating element is an adhesive, for. Silicone adhesive, and an excess of adhesive is in the cavity due to bonding of the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one first insulating element and / or the at least one heat conducting element, in particular the heat conducting plate of the heat-conducting element, pressed together by means of the adhesive.
  • An automotive air conditioning system comprises at least one heat exchanger described in this application.
  • a method for producing a heat exchanger is formed with the steps: provide at least one PTC element, provide at least two electrical conductors, in particular printed circuit boards, for passing electrical current through the at least a PTC element, providing at least one slaughtertelements for transmitting heat from the at least one PTC element to a fluid to be heated, connecting the at least two conductors to the at least one PTC element, connecting the at least one blanketleitides with at least one conductor and / or at least one PTC element, wherein at least a first electrical insulating element is provided and the at least one first electrical insulating element is connected to at least one conductor and / or at least one heat conducting element to at least one blanketleitelem ent electrically isolate from at least one conductor.
  • the at least one first electrical insulating element with at least one conductor and / or at least one heat conducting element preferably exclusively, material and / or positive and / or non-positive, z. B. by means of adhesive and / or a mechanical pressure loading means, for. B. a spring connected.
  • At least one in particular as, preferably hardenable and / or hardened, fluid or, preferably hardenable and / or hardened gel or Isoliergel or fluid formed, second electrical insulating element, for.
  • an adhesive in particular silicone adhesive, on the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one heat conducting element, in particular a heat conducting plate of the heat conducting, applied, in particular by means of spraying, pumping or pressing, so that Preferably, the at least one second electrical insulating element, the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one heat conducting element, in particular the heat conducting plate of the heat conducting element, at least partially electrically isolated in those areas in which the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one heat-conducting element not in mediate, z. B. by means of an adhesive, or in direct contact with the at least one PTC element and
  • the at least one second electrical insulating element is an adhesive for connecting the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one first insulating element and / or the at least one heat-conducting element, in particular a heat-conducting plate of the heat-conducting element, with each other and by means of the adhesive, the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one heat-conducting element, in particular a heat-conducting plate of the heat-conducting element, are connected to one another in a material-locking manner.
  • an excess of adhesive is applied to the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one first insulating element and / or the at least one heat-conducting element as is necessary for the connection and during the integral connection, d. H.
  • the excess is pressed or pressed on the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one heat conducting element, so that preferably the at least one second electrical insulating element, the at least one PTC element and / or at least a conductor and / or the at least one heat-conducting element, in particular the heat-conducting plate of the heat-conducting element, at least partially electrically insulated in those areas in which the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one heat-conducting element are not indirectly, z. B. by means of an adhesive, or in direct contact with the at least one PTC element and / or the at least one conductor and / or the at least one first insulating element and / or the at least one heat conducting element.
  • the at least one first insulating element is connected differently to the heat exchanger than the at least one second insulating element.
  • the at least one first insulating element is introduced differently into the heat exchanger than the at least one second insulating element.
  • the heating of the air takes place exclusively by means of at least one electrical Heating device, in particular a described in this application heat exchanger with a PTC element.
  • the at least one first and / or the at least one second heat-conducting element has a thermal conductivity of at least 1 W / mK, in particular at least 30 W / mK.
  • the at least one first and / or the at least one second insulating element has an electrical insulation of at least 1 kV / mm, in particular at least 25 kV / mm.
  • the at least one first and / or the at least one second insulating element has a dielectric strength of at least 1 kV in cross-section.
  • the at least one first and / or the at least one second insulating element has a thermal conductivity of at least 1 W / mK, in particular at least 25 W / mK.
  • the at least one first and / or the at least one second insulating element can thus on the one hand good electrical insulation and on the other hand, sufficiently good to conduct the heat from the PTC element to the heat-conducting element.
  • the at least one first insulating element is at least two parts.
  • the at least one first insulating element may comprise, for example, a foil and a plate.
  • the plate has a sufficiently high rigidity and is therefore not easily bendable as the film.
  • Fig. 1 shows an automotive air conditioning system 7.
  • an air conditioning housing 9 with a bottom wall 10 and an outlet opening 12, a fan 8, a filter 13, a refrigerant evaporator 14 and an electric heater 15 is arranged.
  • the air conditioning housing 9 thus forms a channel 18 for passing the air.
  • Walls 11 of the air conditioning housing 9 have on the inside a surface 19 which define the channel 18.
  • the air for the interior of a motor vehicle is passed by means of the blower 8 through the filter 13, the refrigerant evaporator 14 and the electric heater 15.
  • the motor vehicle air conditioning system 7 is thus not provided with a heat exchanger through which coolant flows for heating the air conducted through the motor vehicle system 7.
  • the air conducted by the automotive air conditioning system 7 is heated exclusively by means of the electric heater 15.
  • the motor vehicle air conditioning system 7 is preferably in a Motor vehicle with exclusively electric drive or with a hybrid drive used (not shown). In order to achieve the necessary heating power by means of the electric heater 15, the electric heater 15 with high voltage, z. B. with more than 50 volts, operated.
  • Fig. 2 is a first embodiment of the designed as a heat exchanger 6 electric heater 15 of the motor vehicle air conditioning 7 shown.
  • the heat exchanger 6 comprises a plate-shaped PTC element 1 made of ceramic, a first printed circuit board 3 and a second printed circuit board 4 in each case as a conductor 20 in order to be able to conduct electrical current through the PTC element 1.
  • Corrugated ribs 21 as heat-conducting elements 2 conduct the heat generated in the PTC element 1 due to the electrical resistance of the PTC element 1 to the air conducted by the motor vehicle air conditioning system 7.
  • the corrugated fins 21 are attached to a heat conducting plate 16.
  • the corrugated fins 21 increase the surface area available to transfer heat to the air.
  • the two printed circuit boards 3, 4 are glued to the PTC element 1.
  • the heat-conducting elements 2 and the conductors 20 are made of metal, for. B. aluminum.
  • connection or the contact between the corrugated fins 21 or the heat-conducting plate 16 as part of the heat-conducting element 2 and the printed circuit boards 3, 4 takes place indirectly with a first insulating element 5a.
  • the first electrical insulating element 5a is made of plastic, for. As polyimide, ceramics or minerals, z. As MICA, or other material with a sufficiently good thermal conductivity to conduct the heat from the PTC element 1 to the corrugated fins 21 and on the other hand has a sufficiently good electrical insulation to the corrugated fins 21 from the high-voltage printed circuit board 3rd 4 to electrically isolate and thereby upon contact with the corrugated fins 21 an electric shock Person to be able to prevent.
  • the first insulating 5a while cover a broad side of the circuit boards 3, 4 completely, so that the circuit boards 3, 4 only in those areas must be additionally insulated, where the circuit boards 3, 4 not with the first insulating 5a and the PTC element 1 in contact.
  • the printed circuit boards 3, 4 are materially connected to the first insulating member 5a by means of adhesive 23. This also applies to the connection between the first insulating member 5a and the heat conducting plate 16 and the connection between the PTC element 1 and the first and second printed circuit board 3, 4th
  • a second electrical insulating element 5 b is introduced in a cavity 22 which is essentially enclosed by a frame profile 17, the PTC element 1, the two circuit boards 3, 4, the two first insulating elements 5a and the two heat conducting plates 16, a second electrical insulating element 5 b is introduced.
  • the second electrical insulating element 5 b is a, in particular hardenable or hardened, fluid or gel, for. As in the second electrical insulating 5 b is usually no sufficiently high thermal conductivity required as in the first insulating 5 a, because by the second electrical insulating 5 b in the Substantially no heat or only a small amount of heat must be conducted to the heat-conducting element 2.
  • the second electrical insulating element 5 b has a sufficiently high electrical insulation.
  • the second insulating member 5 b can be introduced into the cavity 22 in various ways.
  • the insulating gel 24 or an adhesive 23 is injected or pumped into the cavity 22 through openings in the frame profile 17 or openings in the region of the frame profile 17.
  • the insulating gel 24 or the adhesive 23 with the properties of a fluid and a high viscosity thereby adapts to the boundary surfaces of the cavity 22, formed essentially by the frame profile 17, the PTC element 1, the two circuit boards 3, 4, the two first insulating 5a and the two heat conducting plates 16, substantially completely, so that the cavity 22 is completely filled by the adhesive 23 or the insulating gel 24.
  • the PTC element 1 and the two circuit boards 3, 4 are completely electrically insulated from the environment, because in the other areas, the PTC element 1 with the circuit boards 3, 4 are in communication and the two circuit boards 3, 4 with the PTC element 1 and the first electrical insulating 5a is indirectly or directly in communication. Due to the complete, void-free filling of the cavity 22 with the adhesive 23 or the insulating gel 24, the PTC element and the two circuit boards 3, 4 are sealed fluid-tight in the heat exchanger 6, so that in general no leakage currents occur on the outside of the heat exchanger 6 or touching the heat exchanger 6, even with moisture on the surface of the heat exchanger 6, no danger.
  • the insulating gel 24 is designed to the effect that it can not leak after introduction into the cavity 22 by either the insulating gel 24 has a sufficiently high viscosity or the viscosity is increased upon contact with air or the insulating gel 24 at the in with in Contact area slightly hardened.
  • the cavity 22 with the environment only with an opening, for. B. in the frame profile 17, connected.
  • the adhesive 23 or the insulating gel 24 and the insulating fluid 24 is injected and then the opening fluid-tight, z. B. by means of a plug, closed.
  • a hardening of the adhesive 23 or a sufficiently high viscosity of the insulating fluid 24 is not required (not shown).
  • the second insulating member 5 b is a solid as the first insulating member 5 a.
  • the second insulating 5 b has exactly the complementary shape to the cavity 22, so that the second insulating 5 b only in the cavity 22 must be inserted.
  • the connection between the second insulating 5 b as a solid and the cavity 22 is material and / or kraftund / or positive fit.
  • a thin layer of adhesive 23 is applied to the second electrical insulating element 5 b and / or the second insulating element 5 b is clamped between the frame profile 17 and the PTC element 1 and the two printed circuit boards 3, 4 (not shown).
  • the first insulating 5 a made of plastic and is connected by means of encapsulation of the first and second circuit board 3, 4 with the first and second circuit board 3, 4.
  • a circuit board 3, 4 is inserted into an injection mold and then introduced into the injection mold, preferably thermoplastic, plastic.
  • the first insulating 5 a plastic is thus directly connected to the first and second circuit board 3, 4.
  • the first insulating 5 a with the first and second circuit board 3, 4 can be applied to the first or second circuit board 3, 4 adhesive before introducing the first or second circuit board 3, 4 in the injection mold (not shown).
  • the PTC element 1 is connected to the two circuit boards 3, 4 in the first embodiment according to Fig. 2 connected by adhesive 23 and the two circuit boards 3, 4 are also connected by means of adhesive 23 to the first insulating 5a.
  • This adhesive 23 for the cohesive connection is not shown in the figures.
  • an excess of adhesive 23 is applied to the PTC element 1, so that when connecting the PTC element 1 to the circuit board 3, 4 of the Excess, which is not required for the cohesive connection, is pressed or pressed into the cavity 22 while the PTC element 1 is pressed onto the printed circuit board 3, 4.
  • the excess of adhesive 23 is dimensioned such that the cavity 22 is completely filled on both narrow sides of the PTC element 1.
  • the adhesive 23 hardens after the connection in the cavity 22, so that the adhesive 23 can no longer leak from the cavity 22 and a permanent insulation of the electric current standing parts 1, 3, 4 is ensured.
  • a second embodiment of the heat exchanger 6 is shown.
  • the heat exchanger 6 is not provided with a frame profile 17, so that the cavity 22 has no boundary on an outer side.
  • the adhesive 23 or the insulating fluid 24 must have a sufficient hardness or viscosity after introduction into the cavity 22, that the cavity 22 is permanently filled with the adhesive 23 or the insulating fluid 24 as a second electrical insulating element 5 b.
  • Fig. 4 a third embodiment of the heat exchanger 6 is shown.
  • the cavity 22 is covered by the heat-conducting plate 16 of the heat-conducting element 2.
  • the heat conducting plate 16, on which the corrugated fins 21 are fixed, is formed in the end region in cross-section arcuate or L-shaped.
  • the heat-conducting plates 16 are electrically insulated from the two printed circuit boards 3, 4 by means of the first electrical insulating element 5 a, so that no danger to the environment can emanate from the two heat-conducting plates 16.
  • Fig. 5 a third embodiment of the heat exchanger 6 is shown.
  • the frame profile 17 covers a in the end region in cross-section T-shaped first insulating member 5 a the cavity 22 partially from.
  • the corrugated fins 21 are attached directly to the first insulating 5 a without a heat conducting plate 16.
  • Fig. 6 is an exploded view of the heat exchanger 6 without the second electrical insulating element 5 b shown.
  • PTC elements 1 are fastened or fixed in recesses of a fixing plate 25.
  • the first insulating 5 a, printed circuit boards 3, 4 and corrugated fins 21 with heat conducting plates 16 are arranged one above the other like a layer.
  • the two printed circuit boards 3, 4 are connected only by means of electrical contacts 26 or electrical lines to the surroundings of the heat exchanger 6 in order to be able to conduct electrical current through the two printed circuit boards 3, 4 and thus the PTC element 1.
  • heat exchanger 6 are stacked one above the other (not shown).
  • Fig. 7 is a further embodiment of a heat exchanger 6 according to the invention shown.
  • the first insulating 5a has a projection with respect to the heat conducting plates 16.
  • the gap formed by the supernatant is completely filled with adhesive 23.
  • FIG. 8a and 8b two further embodiments of a heat exchanger 6 according to the invention are shown.
  • the circuit boards 3, 4 are completely encapsulated with an adhesive.
  • the PTC elements 1 can either be held in a frame 17 (see Fig. 8b ), or it can also be dispensed with the frame (see Fig. 8a ).
  • Fig. 9 is a further embodiment of a heat exchanger 6 according to the invention shown.
  • both the PTC elements 1, and the two circuit boards 3, 4 and the heat-conducting elements 2 are surrounded by insulation.
  • the insulation may be provided, for example, by a surface treatment in an insulating bath.
  • the cohesive connection between the PTC elements and the two printed circuit boards 3 and 4 or between the heat-conducting elements 2 and the two printed circuit boards 3 and 4 is provided by an adhesive.
  • the PTC element 1 and the two printed circuit boards 3, 4 are substantially completely electrically isolated from the environment, so that the high voltage can not pose any danger to the environment.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine diesbezügliche Kraftfahrzeugklimaanlage.
  • Kraftfahrzeugklimaanlagen dienen dazu, die dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges zuzuführende Luft zu erwärmen und/oder zu kühlen. In Kraftfahrzeugklimaanlagen werden elektrische Heizeinrichtungen eingesetzt, um die Luft zu erwärmen, welche dem Innenraum zugeführt wird. Die elektrische Heizeinrichtung umfasst einen Wärmeübertrager mit einem PTC-Element. PTC-Elemente (PTC: Positive Temperature Coefficient) sind Strom leitende Materialien, die einen elektrischen Widerstand aufweise und bei tieferen Temperaturen den Strom besser leiten können als bei höheren Temperaturen. Ihr elektrischer Widerstand vergrößert sich somit bei steigender Temperatur. Das PTC-Element besteht im Allgemeinen aus Keramik und ist ein Kaltleiter. Dadurch stellt sich unabhängig von den Randbedingungen - wie z.B. angelegte Spannung, Nominalwiderstand oder Luftmenge an dem PTC-Element - eine sehr gleichmäßige Oberflächentemperatur am PTC-Element ein. Eine Überhitzung kann verhindert werden wie sie z. B. mit einem normalen Wärme abgebenden Heizdraht auftreten könnte, da hier unabhängig von den Randbedingungen immer ungefähr der gleiche Widerstand und dadurch eine im Wesentlichen identische elektrische Heizleistung aufgebracht wird
  • Ein Wärmeübertrager umfasst ein PTC-Element, wenigstens zwei elektrische Leiter mittels denen elektrischer Strom durch das PTC-Element geleitet wird und Wärmeleitelemente, insbesondere Lamellen, mittels denen die Oberfläche zum Erwärmen der Luft vergrößert und somit die Wärme von dem PTC-Element auf das Wärmeleitelement und die Luft übertragen wird. In zunehmendem Maße werden Kraftfahrzeuge hergestellt, welche über einen ausschließlichen elektrischen Antrieb oder über einen Hybridantrieb verfügen. Kraftfahrzeugklimaanlagen für diese Kraftfahrzeuge verfügen im Allgemeinen nicht mehr über einen Wärmeaustauscher zum Erwärmen der Luft der von Kühlflüssigkeit durchströmt wird. Die gesamte Heizleistung der Kraftfahrzeugklimaanlage muss deshalb von der elektrischen Heizeinrichtung aufgebracht werden. Aus diesem Grund ist es erforderlich, das PTC-Element auch mit Hochspannung, z. B. im Bereich von 50 bis 50 Volt anstelle von Niederspannung mit 12 Volt, zu betreiben. Hochspannung in einer Kraftfahrzeugklimaanlage stellt jedoch ein Sicherheitsproblem dar, weil beispielsweise durch eine menschliche Berührung von unter Hochspannung stehenden Teilen dem Menschen von der Hochspannung gesundheitlicher Schaden zugefügt werden kann.
  • Die US 4 327 282 zeigt einen Wärmeübertrager mit einem PTC-Heizelement. Mittels Kontaktplatten wird Strom durch das PTC-Heizelement geleitet und an den Kontaktplatten ist eine Isolierschicht angeordnet. Die Komponenten werden mittels eines U-förmigen Clipses zusammengehalten.
  • Aus der EP 1 768 458 A1 ist ein Wärme erzeugendes Element einer Heizvorrichtung zur Lufterwärmung bekannt, umfassend wenigstens ein PTC-Element und an gegenüberliegenden Seitenflächen des PTC-Elementes anliegende elektrische Leiterbahnen, wobei die beiden elektrischen Leiterbahnen außenseitig von einer nicht elektrisch leitenden Isolierschicht umgeben sind.
  • Die EP 1 768 457 A1 offenbart ein wärmeerzeugendes Element einer Heizvorrichtung, wobei das wärmeerzeugende Element ein PTC-Element aufweist, welches zwischen elektrischen Leiterbahnen angeordnet ist. Zur Sicherheit gegen elektrische Überschläge und Kriechströme ist zwischen einem Positionsrahmen und dem PTC-Element ein Isolierspalt vorgesehen.
  • Die US 6 178 292 B1 offenbart einen fluiddurchströmten Heizkörper mit einem daran angeordneten elektrischen Heizkörper.
  • Die EP 2 023 056 A1 offenbart einen Verbindungsprozess für einen Luftheizer.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Wärmeübertrager und eine Kraftfahrzeugklimaanlage zur Verfügung zu stellen, bei dem ein mit elektrischem Strom unter Hochspannung, z. B. mehr als 50 V, betriebener Wärmeübertrager ohne Gefährdung für die Umwelt, insbesondere Menschen, betrieben werden kann. Der Wärmeübertrager und die Kraftfahrzeugklimaanlage sollen in der Herstellung preiswert sein und zuverlässig im Betrieb arbeiten.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Wärmeübertrager gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Dieser Wärmeübertrager umfasst gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 wenigstens ein PTC-Element, wenigstens zwei mit dem wenigstens einen PTC-Element elektrisch leitend verbundene Leiter, insbesondere Leiterplatten, um elektrischen Strom durch das wenigstens eine PTC-Element zu leiten und dadurch das PTC-Element zu erwärmen und wenigstens ein Wärmeleitelement zur Übertragung von Wärme von dem wenigstens einen PTC-Element auf ein zu erwärmendes Fluid und wenigstens ein Mittel, z. B. Klebstoff oder ein mechanisches Druckbelastungsmittel, z. B. ein Rahmen, ein Clips oder eine Feder, zum Verbinden des wenigstens einen PTC-Elements, der wenigstens zwei Leiter und des wenigstens einen Wärmeleitelementes miteinander, wobei mittels wenigstens eines ersten elektrischen Isolierelementes wenigstens ein Wärmeleitelement elektrisch von wenigstens einem Leiter isoliert ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement zwischen wenigstens einem Leiter und wenigstens einem Wärmeleitelement angeordnet und wenigstens ein zweites elektrisches Isolierelement isoliert elektrisch wenigstens ein PTC-Element und wenigstens einen Leiter, wobei das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement aus einem anderen Material besteht als das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement.
  • In einer ergänzenden Ausführungsform steht das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement in, vorzugsweise unmittelbaren, Kontakt zu dem wenigstens einen PTC-Element und/oder dem wenigstens einen Leiter und/oder dem wenigstens einen Wärmeleitelement, insbesondere eine Wärmeleitplatte des Wärmeleitelementes.
  • Erfindungsgemäß ist das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement ein erhärtbares oder erhärtetes Fluid oder Gel, z. B. ein Klebstoff, insbesondere Silikon-Klebstoff, oder ein Isoliergel bzw. -fluid ist. Das Fluid oder Gel isoliert elektrisch.
  • Zweckmäßig sind das wenigstens eine PTC-Element und der wenigstens eine Leiter, insbesondere ausschließlich, stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig, z. B. mittels Klebstoff und/oder einem mechanischen Druckbelastungsmittel, z. B. eine Feder, miteinander verbunden und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement und das wenigstens ein erste elektrische Isolierelement sind, insbesondere ausschließlich, stoff- und/oder formund/oder kraftschlüssig, z. B. mittels Klebstoff und/oder einem mechanischen Druckbelastungsmittel, z. B. eine Feder, miteinander verbunden und/oder der wenigstens eine Leiter und das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement sind, insbesondere ausschließlich, stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig, z. B. mittels Klebstoff und/oder einem mechanischen Druckbelastungsmittel, z. B. eine Feder, miteinander verbunden.
  • Eine stoffschlüssige Verbindung hat den Vorteil, dass als Mittel zum Verbinden der Komponenten des Wärmeübertragers, d. h. des wenigstens einen PTC-Elementes, der wenigstens zwei Leiter und des wenigstens einen Wärmeleitelementes, keine aufwendige Halteeinrichtung, z. B. ein Clip oder ein Rahmen, erforderlich ist. Als Mittel zum Verbinden dient somit das Material, welches die stoffschlüssige Verbindung herstellt.
  • Erfindungsgemäß isoliert das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement das wenigstens eine PTC-Element und den wenigstens einen Leiter in denjenigen Bereichen und deckt eine Oberfläche davon ab, in welchen das wenigstens eine PTC-Element oder der wenigstens eine Leiter nicht Kontakt oder Verbindung zu dem wenigstens einen PTC-Element oder dem wenigstens einen Leiter oder dem wenigstens einen Wärmeleitelement oder dem wenigstens einen ersten elektrischen Isolierelement steht.
  • In einer Variante ist das wenigstens eine zweite Isolierelement von einem Rahmenprofil und/oder dem ersten elektrischen Isolierelement und/oder der Wärmeleitplatte wenigstens teilweise eingeschlossen oder abgedeckt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement Keramik und/oder Kunststoff, z. B. Polyimid, und/oder ein Mineral, z. B. MICA, und/oder das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement ist eine Folie, eine Platte oder eine Beschichtung.
  • Insbesondere ist das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement mittels Einspritzen in einen Hohlraum eingebracht zum Isolieren und/oder das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement ist ein Klebstoff, z. B. Silikon-Klebstoff, und ein Überschuss an Klebstoff ist in den Hohlraum aufgrund eines Verbindens des wenigstens einen PTC-Elements und/oder des wenigstens einen Leiters und/oder des wenigstens einen ersten Isolierelementes und/oder des wenigstens einen Wärmeleitelement, insbesondere der Wärmeleitplatte des Wärmeleitelementes, miteinander mittels des Klebstoffes gepresst.
  • Eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugklimaanlage umfasst wenigstens einen in dieser Anmeldung beschriebenen Wärmeübertrager.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers, insbesondere eines in dieser Anmeldung beschriebenen Wärmeübertragers, ist mit den Schritten ausgebildet: zur Verfügung stellen wenigstens eines PTC-Elements, zur Verfügung stellen von wenigstens zwei elektrischen Leitern, insbesondere Leiterplatten, zum Durchleiten von elektrischem Strom durch das wenigstens eine PTC-Element, zur Verfügung stellen wenigstens eines Wärmeleitelements zur Übertragung von Wärme von dem wenigstens einen PTC-Element auf ein zu erwärmendes Fluid, Verbinden der wenigstens zwei Leiter mit dem wenigstens einen PTC-Element, Verbinden des wenigstens einen Wärmeleitelementes mit wenigstens einem Leiter und/oder wenigstens einem PTC-Element, wobei wenigstens ein erstes elektrisches Isolierelement zur Verfügung gestellt wird und das wenigstens ein erstes elektrisches Isolierelement mit wenigstens einem Leiter und/oder wenigstens einem Wärmeleitelement verbunden wird, um wenigstens ein Wärmeleitelement elektrisch von wenigstens einem Leiter zu isolieren.
  • Vorzugsweise wird das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement mit wenigstens einem Leiter und/oder wenigstens einem Wärmeleitelement, vorzugsweise ausschließlich, stoff- und/oder form- und/oder kraftschlüssig, z. B. mittels Klebstoff und/oder einem mechanischen Druckbelastungsmittel, z. B. einer Feder, verbunden.
  • In einer Variante wird wenigstens ein, insbesondere als, vorzugsweise erhärtbares und/oder erhärtetes, Fluid oder, vorzugsweise erhärtbares und/oder erhärtetes, Gel oder Isoliergel bzw. -fluid ausgebildetes, zweites elektrisches Isolierelement, z. B. ein Klebstoff, insbesondere Silikon-Klebstoff, auf das wenigstens eine PTC-Element und/oder den wenigstens einen Leiter und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement, insbesondere eine Wärmeleitplatte des Wärmeleitelementes, aufgebracht, insbesondere mittels Spritzen, Pumpen oder Pressen, so dass vorzugsweise das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement das wenigstens eine PTC-Element und/oder den wenigstens einen Leiter und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement, insbesondere die Wärmeleitplatte des Wärmeleitelementes, in denjenigen Bereichen wenigstens teilweise elektrisch isoliert, in welchen das wenigstens eine PTC-Element und/oder der wenigstens eine Leiter und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement nicht in mittelbaren, z. B. mittels eines Klebstoffes, oder in unmittelbaren Kontakt zu dem wenigstens einen PTC-Element und/oder dem wenigstens einen Leiter und/oder dem wenigstens einen ersten Isolierelement und/oder dem wenigstens einen Wärmeleitelement steht.
  • In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement ein Klebstoff zum Verbinden des wenigstens einen PTC-Elements und/oder des wenigstens einen Leiters und/oder des wenigstens einen ersten Isolierelementes und/oder des wenigstens einen Wärmeleitelements, insbesondere eine Wärmeleitplatte des Wärmeleitelementes, miteinander und mittels des Klebstoffes das wenigstens eine PTC-Element und/oder der wenigstens eine Leiter und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement, insbesondere eine Wärmeleitplatte des Wärmeleitelementes, miteinander stoffschlüssig verbunden werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung wird auf das wenigstens eine PTC-Element und/oder den wenigstens einen Leiter und/oder das wenigstens eine erste Isolierelement und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement, ein Überschuss an Klebstoff aufgebracht als zum Verbinden erforderlich ist und beim stoffschlüssigen Verbinden, d. h. Zusammenpressen, der Überschuss auf das wenigstens eine PTC-Element und/oder den wenigstens einen Leiter und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement gepresst oder gedrückt wird, so dass vorzugsweise das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement das wenigstens eine PTC-Element und/oder den wenigstens einen Leiter und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement, insbesondere die Wärmeleitplatte des Wärmeleitelementes, in denjenigen Bereichen wenigstens teilweise elektrisch isoliert, in welchen das wenigstens eine PTC-Element und/oder der wenigstens eine Leiter und/oder das wenigstens eine Wärmeleitelement nicht in mittelbaren, z. B. mittels eines Klebstoffes, oder in unmittelbaren Kontakt zu dem wenigstens einen PTC-Element und/oder dem wenigstens einen Leiter und/oder das wenigstens eine erste Isolierelement und/oder dem wenigstens einen Wärmeleitelement steht.
  • Insbesondere wird das wenigstens eine erste Isolierelement anders mit dem Wärmeübertrager verbunden als das wenigstens eine zweite Isolierelement.
  • Vorzugsweise wird das wenigstens eine erste Isolierelement anders in den Wärmeübertrager eingebracht als das wenigstens eine zweite Isolierelement.
  • In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt in der Kraftfahrzeugklimaanlage das Erwärmen der Luft ausschließlich mittels wenigstens einer elektrischen Heizeinrichtung, insbesondere ein in dieser Anmeldung beschriebener Wärmeübertrager mit einem PTC-Element.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite Wärmeleitelement eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 1 W/mK, insbesondere wenigstens 30 W/mK auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite Isolierelement eine elektrische Isolation von wenigstens 1 kV/mm, insbesondere wenigstens 25 kV/mm auf.
  • In einer Variante weist das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite Isolierelement im Querschnitt eine Durchschlagfestigkeit von wenigstens 1 kV auf.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite Isolierelement eine Wärmeleitfähigkeit von wenigstens 1 W/mK, insbesondere wenigstens 25 W/mK auf. Das wenigstens eine erste und/oder das wenigstens eine zweite Isolierelement kann damit einerseits gut elektrisch isolieren und kann andererseits ausreichend gut die Wärme von dem PTC-Element zu dem Wärmeleitelement leiten.
  • In einer weiteren Ausgestaltung ist das wenigstens eine erste Isolierelement wenigstens zweiteilig. Das wenigstens eine erste Isolierelement kann beispielsweise eine Folie und eine Platte umfassen. Die Platte weist eine ausreichend große Steifigkeit auf und ist somit nicht leicht biegbar wie die Folie.
  • Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt einer Kraftfahrzeugklimaanlage,
    Fig. 2
    einen Querschnitt des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 in einer ersten Ausführungsform,
    Fig. 3
    einen Querschnitt des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 in einer zweiten Ausführungsform,
    Fig. 4
    einen Querschnitt des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 in einer dritten Ausführungsform,
    Fig. 5
    einen Querschnitt des Wärmeübertragers gemäß Fig. 2 in einer vierten Ausführungsform und
    Fig. 6
    eine Explosionsdarstellung des Wärmeübertragers in einem Schichtaufbau.
  • Fig. 1 zeigt eine Kraftfahrzeugklimaanlage 7. In einem Klimaanlagengehäuse 9 mit einer Bodenwandung 10 und einer Austrittsöffnung 12 ist ein Gebläse 8, ein Filter 13, ein Kältemittelverdampfer 14 und eine elektrische Heizeinrichtung 15 angeordnet. Das Klimaanlagengehäuse 9 bildet somit einen Kanal 18 zum Durchleiten der Luft. Wandungen 11 des Klimaanlagengehäuses 9 weisen an der Innenseite eine Oberfläche 19 auf, welche den Kanal 18 begrenzen. Die Luft für den Innenraum eines Kraftfahrzeuges wird mittels des Gebläses 8 durch den Filter 13, den Kältemittelverdampfer 14 sowie die elektrische Heizeinrichtung 15 geleitet.
  • Die Kraftfahrzeugklimaanlage 7 ist somit nicht mit einem von Kühlmittel durchströmten Wärmeaustauscher versehen zum Erwärmen der durch die Kraftfahrzeuganlage 7 geleiteten Luft. Die durch die Kraftfahrzeugklimaanlage 7 geleitete Luft wird ausschließlich mittels der elektrischen Heizeinrichtung 15 erwärmt. Die Kraftfahrzeugklimaanlage 7 wird vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug mit ausschließlich elektrischem Antrieb oder mit einem Hybridantrieb eingesetzt (nicht dargestellt). Um mittels der elektrischen Heizeinrichtung 15 die notwendige Heizleistung zu erreichen, muss die elektrische Heizeinrichtung 15 mit Hochspannung, z. B. mit mehr als 50 Volt, betrieben werden.
  • In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der als Wärmeübertrager 6 ausgebildeten elektrischen Heizeinrichtung 15 der Kraftfahrzeugklimaanlage 7 abgebildet. Der Wärmeübertrager 6 umfasst ein plattenförmiges PTC-Element 1 aus Keramik, eine erste Leiterplatte 3 und eine zweite Leiterplatte 4 jeweils als Leiter 20, um elektrischen Strom durch das PTC-Element 1 leiten zu können. Wellrippen 21 als Wärmeleitelemente 2 leiten die in dem PTC-Element 1 aufgrund des elektrischen Widerstandes des PTC-Elementes 1 erzeugte Wärme auf die durch die Kraftfahrzeugklimaanlage 7 geleitete Luft. Die Wellrippen 21 sind an einer Wärmeleitplatte 16 befestigt. Die Wellrippen 21 vergrößern die Oberfläche, welche zur Verfügung steht, um Wärme auf die Luft zu übertragen. Die beiden Leiterplatten 3, 4 sind dabei auf dem PTC-Element 1 aufgeklebt. Die Wärmeleitelemente 2 und die Leiter 20 bestehen aus Metall, z. B. aus Aluminium.
  • Die Verbindung oder der Kontakt zwischen den Wellrippen 21 bzw. der Wärmeleitplatte 16 als Bestandteil des Wärmeleitelementes 2 und den Leiterplatten 3, 4 erfolgt dabei mittelbar mit einem ersten Isolierelement 5a.
  • Das erste elektrische Isolierelement 5a besteht aus Kunststoff, z. B. Polyimid, Keramik oder Mineralien, z. B. MICA, oder einem sonstigen Material mit einer ausreichend guten Wärmeleitfähigkeit, um die Wärme von dem PTC-Element 1 zu den Wellrippen 21 leiten zu können und andererseits eine ausreichend gute elektrische Isolation aufweist, um die Wellrippen 21 von den unter Hochspannung stehenden Leiterplatten 3, 4 elektrisch zu isolieren und dadurch bei einem Berühren der Wellrippen 21 einen Stromschlag einer Person verhindern zu können. Die ersten Isolierelemente 5a decken dabei eine Breitseite der Leiterplatten 3, 4 vollständig ab, so dass die Leiterplatten 3, 4 lediglich in denjenigen Bereichen zusätzlich isoliert werden muss, an denen die Leiterplatten 3, 4 nicht mit dem ersten Isolierelement 5a und dem PTC-Element 1 in Kontakt stehen. Die Leiterplatten 3, 4 sind mit dem ersten Isolierelement 5a mittels Klebstoff 23 stoffschlüssig verbunden. Dies gilt auch für die Verbindung zwischen dem ersten Isolierelement 5a und der Wärmeleitplatte 16 sowie der Verbindung zwischen dem PTC-Element 1 und der ersten und zweiten Leiterplatte 3, 4.
  • In einen Hohlraum 22, der im Wesentlichen von einem Rahmenprofil 17, dem PTC-Element 1, den beiden Leiterplatten 3, 4, den beiden ersten Isolierelementen 5a und den beiden Wärmeleitplatten 16 eingeschlossen ist, ist ein zweites elektrisches Isolierelement 5 b eingebracht. Das zweite elektrische Isolierelement 5 b ist ein, insbesondere erhärtbares bzw. erhärtetes, Fluid oder Gel, z. B. ein Klebstoff 23, oder ein im Wesentlichen nicht erhärtbares bzw. erhärtetes Isolierfluid oder -gel 24. Beim zweiten elektrischen Isolierelement 5 b ist normalerweise keine ausreichend hohe Wärmeleitfähigkeit erforderlich wie bei dem ersten Isolierelement 5a, weil durch das zweite elektrische Isolierelement 5 b im Wesentlichen keine Wärme oder nur eine geringe Wärmemenge zu dem Wärmeleitelement 2 geleitet werden muss. Das zweite elektrische Isolierelement 5 b weist eine ausreichend hohe elektrische Isolation auf.
  • Das zweite Isolierelement 5 b kann auf verschiedene Art und Weise in den Hohlraum 22 eingebracht werden. In einer ersten Variante wird das Isoliergel 24 oder ein Klebstoff 23 in den Hohlraum 22 durch Öffnungen in dem Rahmenprofil 17 oder Öffnungen im Bereich des Rahmenprofils 17 eingespritzt oder eingepumpt. Das Isoliergel 24 oder der Klebstoff 23 mit den Eigenschaften eines Fluides und einer hohen Viskosität passt sich dabei den Begrenzungsflächen des Hohlraumes 22, gebildet im Wesentlichen von dem Rahmenprofil 17, dem PTC-Element 1, den beiden Leiterplatten 3, 4, den beiden ersten Isolierelementen 5a und den beiden Wärmeleitplatten 16, im Wesentlichen vollständig an, so dass der Hohlraum 22 vollständig von dem Klebstoff 23 oder dem Isoliergel 24 ausgefüllt ist.
  • Damit sind insbesondere das PTC-Element 1 und die beiden Leiterplatten 3, 4 vollständig gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert, weil in den anderen Bereichen das PTC-Element 1 mit den Leiterplatten 3, 4 in Verbindung stehen und die beiden Leiterplatten 3, 4 mit dem PTC-Element 1 und dem ersten elektrischen Isolierelement 5a mittelbar oder unmittelbar in Verbindung steht. Aufgrund des vollständigen, hohlraumfreien Ausfüllens des Hohlraumes 22 mit dem Klebstoff 23 oder dem Isoliergel 24 sind das PTC-Element und die beiden Leiterplatten 3, 4 fluiddicht in dem Wärmeübertrager 6 eingeschlossen, so dass im Allgemeinen auch keine Kriechströme an der Außenseite des Wärmeübertragers 6 auftreten oder ein Berühren des Wärmeübertragers 6, auch bei Feuchtigkeit an der Oberfläche des Wärmeübertragers 6, keine Gefahr darstellt. Das Isoliergel 24 ist dabei dahingehend ausgebildet, dass es nach dem Einbringen in den Hohlraum 22 nicht auslaufen kann, indem entweder das Isoliergel 24 eine ausreichend hohe Viskosität aufweist oder bei Kontakt mit Luft die Viskosität erhöht wird oder das Isoliergel 24 an der in mit Luft in Kontakt stehenden Bereich geringfügig erhärtet.
  • In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist der Hohlraum 22 mit der Umgebung nur mit einer Öffnung, z. B. in dem Rahmenprofil 17, verbunden. Durch diese Öffnung wird der Klebstoff 23 oder das Isoliergel 24 bzw. das Isolierfluid 24 eingespritzt und anschließend die Öffnung fluiddicht, z. B. mittels eines Stopfens, verschlossen. In dieser nicht dargestellten Ausführungsform ist somit ein Erhärten des Klebstoffes 23 oder eine ausreichend hohe Viskosität des Isolierfluides 24 nicht erforderlich (nicht dargestellt).
  • In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform ist das zweite Isolierelement 5 b ein Feststoff wie das erste Isolierelement 5a. Das zweite Isolierelement 5 b weist dabei genau die komplementäre Form zu dem Hohlraum 22 auf, so dass das zweite Isolierelement 5 b lediglich in den Hohlraum 22 eingelegt werden muss. Die Verbindung zwischen dem zweiten Isolierelement 5 b als Feststoff und dem Hohlraum 22 erfolgt stoff- und/oder kraftund/oder formschlüssig. Beispielsweise wird auf das zweite elektrische Isolierelement 5 b eine dünne Schicht Klebstoff 23 aufgebracht und/oder das zweite Isolierelement 5 b ist zwischen dem Rahmenprofil 17 und dem PTC-Element 1 sowie den beiden Leiterplatten 3, 4 eingeklemmt (nicht dargestellt).
  • In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform besteht das erste Isolierelement 5 a aus Kunststoff und wird mittels Umspritzen der ersten und zweiten Leiterplatte 3, 4 mit der ersten und zweiten Leiterplatte 3, 4 verbunden. Hierzu wird eine Leiterplatte 3, 4 in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und anschließend in das Spritzgießwerkzeug, vorzugsweise thermoplastischer, Kunststoff eingebracht. Das erste Isolierelement 5 a aus Kunststoff ist damit unmittelbar mit der ersten und zweiten Leiterplatte 3, 4 verbunden. Zur besseren Verbindung des ersten Isolierelementes 5 a mit der ersten und zweiten Leiterplatte 3, 4 können auf der ersten oder zweiten Leiterplatte 3, 4 Haftmittel aufgebracht werden vor dem Einbringen der ersten oder zweiten Leiterplatte 3, 4 in das Spritzgießwerkzeug (nicht dargestellt).
  • Das PTC-Element 1 ist mit den beiden Leiterplatten 3, 4 in dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 mittels Klebstoff 23 verbunden und die beiden Leiterplatten 3, 4 sind ebenfalls mittels Klebstoff 23 mit dem ersten Isolierelement 5a verbunden. Dieser Klebstoff 23 für die stoffschlüssige Verbindung ist in den Figuren nicht dargestellt. Vor dem stoffschlüssigen Verbinden wird ein Überschuss an Klebstoff 23 auf das PTC-Element 1 aufgebracht, so dass beim Verbinden des PTC-Elementes 1 mit der Leiterplatte 3, 4 der Überschuss, welcher nicht für die stoffschlüssige Verbindung benötigt wird, in den Hohlraum 22 gepresst oder gedrückt wird während das PTC-Element 1 auf die Leiterplatte 3, 4 aufgedrückt wird. Der Überschuss an Klebstoff 23 ist dabei dahingehend bemessen, dass der Hohlraum 22 an beiden Schmalseiten des PTC-Elementes 1 vollständig ausgefüllt wird. Der Klebstoff 23 erhärtet nach dem Verbinden in dem Hohlraum 22, so dass der Klebstoff 23 nicht mehr aus dem Hohlraum 22 auslaufen kann und eine dauerhafte Isolierung der unter elektrischen Strom stehenden Teile 1, 3, 4 gewährleistet ist.
  • In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 6 abgebildet. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 beschrieben. Der Wärmeübertrager 6 ist nicht mit einem Rahmenprofil 17 versehen, so dass der Hohlraum 22 an einer Außenseite keine Begrenzung aufweist. In den Hohlraum 22 kann damit der Klebstoff 23 oder das Isolierfluid 24 besonders einfach von außen eingebracht werden. Der Klebstoff 23 oder das Isolierfluid 24 muss dabei nach dem Einbringen in den Hohlraum 22 eine ausreichende Härte oder Viskosität aufweisen, dass der Hohlraum 22 dauerhaft mit dem Klebstoff 23 oder dem Isolierfluid 24 als zweites elektrisches Isolierelement 5 b gefüllt ist.
  • In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 6 abgebildet. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 beschrieben. Anstelle mit dem Rahmenprofil 17 ist der Hohlraum 22 von der Wärmeleitplatte 16 des Wärmeleitelementes 2 abgedeckt. Die Wärmeleitplatte 16, auf der die Wellrippen 21 befestigt sind, ist dabei im Endbereich im Querschnitt bogenförmig oder L-förmig ausgebildet. Die Wärmeleitplatten 16 sind mittels des ersten elektrischen Isolierelementes 5 a von den beiden Leiterplatten 3, 4 elektrisch isoliert, so dass von den beiden Wärmeleitplatten 16 keine Gefahr für die Umgebung ausgehen kann.
  • In Fig. 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Wärmeübertragers 6 abgebildet. Im Nachfolgenden werden nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 beschrieben. Anstelle des Rahmenprofiles 17 deckt ein im Endbereich im Querschnitt T-förmiges erstes Isolierelement 5 a den Hohlraum 22 teilweise ab. Die Wellrippen 21 sind unmittelbar an dem ersten Isolierelement 5 a ohne eine Wärmeleitplatte 16 befestigt.
  • In Fig. 6 ist eine Explosionsdarstellung des Wärmeübertragers 6 ohne das zweite elektrische Isolierelement 5 b abgebildet. Mehrere PTC-Elemente 1 sind in Ausnehmungen einer Fixierungsplatte 25 befestigt bzw. fixiert. Die ersten Isolierelemente 5 a, Leiterplatten 3, 4 und Wellrippen 21 mit Wärmeleitplatten 16 sind schichtartig übereinander angeordnet. Die beiden Leiterplatten 3, 4 sind lediglich mittels elektrischer Kontakte 26 oder elektrischer Leitungen mit der Umgebung des Wärmeübertragers 6 verbunden, um elektrischen Strom durch die beiden Leiterplatten 3, 4 und damit das PTC-Element 1 leiten zu können. Es können auch mehrere der in Fig. 6 abgebildeten Wärmeübertrager 6 übereinander schichtartig angeordnet werden (nicht dargestellt).
  • In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 6 abgebildet. In dieser Ausführungsform weist das erste Isolierelement 5a einen Überstand gegenüber den Wärmeleitplatten 16 auf. Der Zwischenraum, der durch den Überstand gebildet wird, wird gänzlich mit Klebstoff 23 ausgefüllt. Durch eine derartige Ausführungsform kann insbesondere ein Kurzschluss zwischen den beiden Wärmeleitplatten 16, die auf einem unterschiedlichen elektrischen Potential liegen können, vermieden werden.
  • In den Fig. 8a und 8b sind zwei weitere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 6 abgebildet. In diesen Ausführungsformen sind die Leiterplatten 3, 4 gänzlich mit einem Klebstoff umspritzt. Die PTC-Elemente 1 können entweder in einem Rahmen 17 gehalten werden (siehe Fig. 8b), oder es kann auch auf den Rahmen verzichtet werden (siehe Fig. 8a).
  • Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmeübertragers 6 abgebildet. In dieser Ausführungsform sind sowohl die PTC-Elemente 1, als auch die beiden Leiterplatten 3, 4 und die Wärmeleitelemente 2 von einer Isolierung umgeben. Die Isolierung kann beispielsweise durch eine Oberflächenbehandlung in einem Isolierbad bereitgestellt werden. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen den PTC-Elementen und den beiden Leiterplatten 3 und 4 beziehungsweise zwischen den Wärmeleitelementen 2 und den beiden Leiterplatten 3 und 4 wird durch einen Klebstoff bereitgestellt.
    Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Wärmeübertrager 6 und der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugklimaanlage 7 wesentliche Vorteile verbunden. Das PTC-Element 1 und die beiden Leiterplatten 3, 4 sind im Wesentlichen vollständig elektrisch gegenüber der Umgebung isoliert, so dass von der Hochspannung keine Gefahr für die Umgebung ausgehen kann.

Claims (7)

  1. Wärmeübertrager (6), umfassend
    - wenigstens ein PTC-Element (1),
    - wenigstens zwei mit dem wenigstens einen PTC-Element (1) elektrisch leitend verbundene Leiter (20) um elektrischen Strom durch das wenigstens eine PTC-Element (1) zu leiten und dadurch das PTC-Element (1) zu erwärmen und
    - wenigstens ein Wärmeleitelement (2) zur Übertragung von Wärme von dem wenigstens einen PTC-Element (1) auf ein zu erwärmendes Fluid und
    - wenigstens ein Mittel zum Verbinden des wenigstens einen PTC-Elements (1), der wenigstens zwei Leiter (20) und des wenigstens einen Wärmeleitelementes (2) miteinander,
    wobei mittels wenigstens eines ersten elektrischen Isolierelementes (5a) wenigstens ein Wärmeleitelement (2) elektrisch von wenigstens einem Leiter (20) isoliert ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement (5a) zwischen wenigstens einem Lelter (20) und wenigstens einem Wärmeleltelement (2) angeordnet ist und eine Platte oder Beschichtung aus Keramik oder eine Folie oder Beschichtung aus Kunststoff oder eine Platte oder Beschichtung aus Mineral umfasst, und wobei
    wenigstens ein zweites elektrisches Isolierelement (5b) vorgesehen ist, welches das wenigstens eine PTC-Element (1) und den wenigstens einen Leiter (20) elektrisch isoliert und
    das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement (5a) aus einem anderen Material besteht als das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement (5b) und wobei
    das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement (5b) ein erhärtbares oder erhärtetes Fluid oder Gel ist und
    das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement (5b) das wenigstens eine PTC-Element (1) und den wenigstens einen Leiter (20) in denjenigen Bereichen elektrisch isoliert und eine Oberfläche davon abdeckt, in welchen das wenigstens eine PTC-Element (1) oder der wenigstens eine Leiter (20) nicht in Kontakt oder Verbindung zu dem wenigstens einen PTC-Element (1) oder dem wenigstens einen Leiter (20) oder dem wenigstens einen Wärmeleitelement (2) oder dem wenigstens einen ersten elektrischen Isolierelement (5a) steht.
  2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement (5b) in Kontakt zu dem wenigstens einen PTC-Element (1) oder dem wenigstens einen Leiter (20) oder dem wenigstens einen Wärmeleitelement (2) steht.
  3. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine PTC-Element (1) und der wenigstens eine Leiter (20) stoff- oder form- oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind und das wenigstens eine Wärmeleitelement (2) und das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement (5a), stoff- oder form- oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind und der wenigstens eine Leiter (20) und das wenigstens eine erste elektrische Isolierelement (5a) stoff- oder form- oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
  4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite Isolierelement (5b) von einem Rahmenprofil (17) oder dem ersten elektrischen Isolierelement (5a) oder der Wärmeleitplatte (16) wenigstens teilweise eingeschlossen oder abgedeckt ist.
  5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement (5b) mittels Einspritzen in einen Hohlraum (22) eingebracht ist zum Isolieren.
  6. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zweite elektrische Isolierelement (5b) ein Klebstoff (23) ist und ein Überschuss an Klebstoff (23) in den Hohlraum (22) aufgrund eines Verbindens des wenigstens einen PTC-Elements (1) oder des wenigstens einen Leiters (20) oder des wenigstens einen ersten elektrischen Isolierelementes (5a) oder des wenigstens einen Wärmeleitelement (2) miteinander mittels des Klebstoffes (23) gepresst ist.
  7. Kraftfahrzeugklimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftfahrzeugklimaanlage wenigstens einen Wärmeübertrager (6) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
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