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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwärmung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Dieses Heizmodul ist insbesondere
zur Heizung und Belüftung von Sitzen vorgesehen. Es umfasst
mindestens ein PTC-Heizelement und mindestens einen daran angrenzenden,
ringförmigen, luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich mit
im Wesentlichen radial verlaufend angeordneten, wärmeleitenden
Lamellen, die mit dem PTC-Heizelement in Wirkverbindung stehen und
mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind.
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PTC-Elemente
sind Halbleiter-Widerstände aus Keramik, deren ohmscher
Widerstand temperaturabhängig ist. Die Widerstands-Temperatur-Kennlinie
verhält sich nichtlinear: Der Widerstand eines PTC-Heizelements
sinkt mit steigender Bauteiltemperatur zunächst leicht,
um dann bei einer charakteristischen Temperatur (Referenztemperatur)
sehr steil anzusteigen. Dieser insgesamt positive Verlauf der Widerstands-Temperatur-Kennlinie
(PTC = Positive Temperature Coefficient) führt dazu, dass
ein PTC-Heizelement selbstregelnde Eigenschaften aufweist. Bei einer
Bauteiltemperatur, die deutlich niedriger als die Referenztemperatur
liegt, weist das PTC-Heizelement einen niedrigen Widerstand auf,
so dass entsprechend hohe Stromstärken durchgeleitet werden
können. Wenn für eine gute Wärmeabfuhr von
der Oberfläche des PTC-Heizelements gesorgt ist, wird also
entsprechend viel elektrische Leistung aufgenommen und als Wärme
abgegeben. Steigt die Temperatur des PTC-Heizelements jedoch über
die Referenztemperatur, steigt der PTC-Widerstand rasch an, so dass
die elektrische Leistungsaufnahme auf einen sehr geringen Wert begrenzt
wird. Die Bauteiltemperatur nähert sich dann einem oberen Grenzwert,
der abhängig ist von der Wärmeaufnahme der Umgebung
des PTC-Heizelements. Unter normalen Umweltbedingungen kann die
Bauteiltemperatur des PTC-Heizelements also nicht über
eine charakteristische höchste Temperatur ansteigen, selbst
wenn die gewollte Wärmeableitung im Störfall völlig
unterbrochen wird. Dies und die selbstregelnden Eigenschaften eines
PTC-Heizelements, aufgrund deren die aufgenommene elektrische Leistung
genau der abgegebenen thermischen Leistung entspricht, prädestiniert PTC-Heizelemente
für den Einsatz in Heizungs- bzw. Klimaanlagen von Fahrzeugen
oder bei sonstigen Anwendungen von Luftstromerwärmungen
in Fahrzeugen. Denn aus Sicherheitsgründen dürfen
in diesem Anwendungsgebiet auch im Störfall keine feuergefährlichen
Temperaturen im Heizelement entstehen, wobei gleichwohl im Normalbetrieb
eine hohe Heizleistung gefordert wird.
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Zur
Innenraumheizung von Kraftfahrzeugen ist es bereits bekannt, elektrische
Heizmodule mit einem Rahmen, der eine Mehrzahl von PTC-Heizelementen
und daran angrenzenden, luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereichen
mit wärmeleitenden Lamellen zu einem Modul zusammenfasst,
einzusetzen. Ein Beispiel für derartige bekannte elektrische Heizmodule
findet sich in der
EP
0 350 528 A1 .
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In
der
EP 1 479 918 A1 ist
ein komplettes Gebläsemodul, bestehend aus einem in einem
Gehäuse integrierten Radiallüfter und einem Heizmodul
der eingangs genannten Art, offenbart, das zur Sitzheizung in einem
belüfteten Kraftfahrzeugsitz dienen soll. Da ein Kraftfahrzeugsitz
aus Sicherheitsgründen auch bei Ausfall des Lüfters
an dessen Oberfläche eine Maximaltemperatur, die für
Menschen verträglich ist, nicht überschreiten
darf, sind Heizmodule mit PTC-Heizelementen hervorragend geeignet,
zumal sie bei gleicher Sicherheit eine wesentlich höhere Heizleistung
abgeben können, als die herkömmlich in Sitzheizungen
verwendeten Matten mit elektrischen Widerstandsdrähten,
deren Leistungsaufnahme aus Sicherheitsgründen sehr begrenzt
sein muss.
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Die
bisher bekannten elektrischen Heizmodule der eingangs genannten
Art bestehen in der Regel aus mehreren Lagen von flächig
nebeneinander angeordneten, mit ihrer Schmalseite im Luftstrom stehenden
PTC-Heizelementen, die an Ihren flachen Oberseiten und ihren Unterseiten
jeweils mit Kontaktblechen elektrisch kontaktiert sind. Die daran
angrenzenden Wärmeabgabebereiche weisen mäanderförmig
angeordnete Metalllamellen auf, die ebenfalls mit ihrer Schmalseite
im Luftstrom stehen und an ihrer Breitseite die Kontaktierungsbleche
der PTC-Heizelemente in regelmäßigen Abständen
für einen Wärmeübergang aufliegend thermisch
kontaktieren. Um eine gute Wärmeableitung von den PTC-Heizelementen
an die wärmeleitenden Lamellen zu erzielen, können
Wärmeleitkleber oder sonstige Verbindungstechniken verwendet
werden; es hat sich jedoch als effizienteste Lösung durchgesetzt,
die PTC-Heizelemente und die wärmeleitenden Lamellen in
einen diese zu einem Modul zusammenfassenden Rahmen zu setzen und
innerhalb des Rahmens mindestens ein Federelement vorzusehen, der
die abwechselnd angeordneten Wärmeabgabebereiche mit wärmeleitenden
Lamellen und die Stege mit den PTC-Heizelementen aufeinander presst.
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Dies
bedingt allerdings eine rechteckige Form des elektrischen Heizmoduls
mit zeilenartiger Strukturierung der Bauteile, die strömungstechnisch zur
Luftstromerwärmung insbesondere dann nicht optimal ist,
wenn der Platz für entsprechende luftstromführende
Kanäle wie in einem Kraftfahrzeug nur sehr begrenzt ist.
Insofern war es für das Gebläsemodul für
Kraftfahrzeugsitze nach der
EP
1 479 918 A1 folgerichtig, einen Radiallüfter
einzusetzen. Radiallüfter sind bekanntermaßen
jedoch eher weniger für diesen Zweck geeignet, da sie einen
hohen Druck bei entsprechend hohen Ausströmgeschwindigkeiten
erzeugen.
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Darüber
hinaus ist die Fertigung der bekannten elektrischen Heizmodule aufgrund
ihres mehrschichtigen, federbelasteten Aufbaus innerhalb eines Rahmens
kaum maschinell möglich. Es ist vielmehr relativ viel Handarbeit
notwendig.
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In
der
DE 20 2005
012 394 U1 wird daher ein elektrisches Heizmodul der eingangs
genannten Art mit einem ringförmigen, insbesondere kreisrund
ausgebildeten Wärmeabgabebereich vorgeschlagen, in welchem
die wärmeleitenden Lamellen im Wesentlichen radial verlaufend
angeordnet sind. Dies vereinfacht die Montage, insbesondere wenn
diese automatisiert werden soll, und erhöht die Effizienz
des Wärmeübergangs auf den durch die Lamellen
bzw. den Wärmeabgabebereich geleiteten Luftstrom.
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Ein
weiteres Beispiel für ein Gebläsemodul für
Kraftfahrzeugsitze ist in der
EP 1 464 533 A1 zu finden. Ein Beispiel für
ein Heizmodul, das nach Art eines Haartrockners mit einem Gebläse
und Widerstands-Heizdrähten im Luftstrom versehen und in
einen Fahrzeugsitz integriert ist, ist in der
US 6,541,737 B1 beschrieben.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Heizmodul der eingangs genannten
Art hinsichtlich seiner Montagefreundlichkeit sowie hinsichtlich
des benötigten Einbauraums in einem Sitz zu verbessern.
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Gelöst
ist diese Aufgabe durch ein elektrisches Heizmodul mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 27 niedergelegt.
Eine bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen
Heizmoduls ist im Anspruch 28 definiert.
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Die
vorliegende Erfindung verbessert den bisher bekannten Aufbau eines
elektrischen Heizmoduls der eingangs genannten Art also dadurch,
dass ein wärmeleitender Haltering mit einer im Wesentlichen
im Umfang umlaufenden Nut vorgesehen ist, in dem die Lamellen mit
ihrem jeweiligen radial innenliegenden Abschnitt bzw. Ende sitzen.
Die Nut des Halterings ist dementsprechend der Breite des radial
inneren Abschnittes der Lamellen angepasst, so dass diese auch in
die Nut eingesetzt werden können. Es ist zwar bevorzugt,
den Haltering in zylindrischer Form zu fertigen, jedoch ist im Rahmen
der Erfindung auch eine abgeflachte, elliptische oder stadionförmige
Ringform sowie die Form eines N-Ecks möglich, wie es auch
für den Wärmeabgabebereich mit den wärmeleitenden
Lamellen der Fall ist. Ferner bezieht sich der Begriff „Ring"
im Wesentlichen auf die ringförmige Nut im Haltering, während
der Haltering selbst auch eine massive Scheibe oder eine ausgehöhlte
Scheibe sein kann, oder gegebenenfalls auch aus mehreren Teilen
bzw. Segmenten bestehen kann. Wichtig ist nur, dass die Lamellen
in einer im Wesentlichen umlaufenden Nut des wärmeleitenden Halterings
sitzen, dort ihren Halt finden und Wärme aus diesem ableiten.
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Die
Nut des erfindungsgemäßen Halterings, in der die
Lamellen sitzen, kann durch zwei umlaufende Stege gebildet sein,
wobei der Haltering vorzugsweise in seitlicher Ansicht eine Doppel-T-Form aufweist.
Wie erwähnt, ist der Haltering bevorzugt zylindrisch geformt
und zwar zumindest im Bereich der Nut. So ergibt sich bei Lamellen
konstanter radialer Ausdehnung ein kreisrunder Wärmeabgabebereich, der
strömungsgünstig und deshalb bevorzugt ist.
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Die
Nut des Halterings muss nicht vollständig umlaufend ausgebildet
sein, sondern kann beispielsweise eine Lücke aufweisen,
durch die hindurch eine elektrische Kontaktierung geführt
werden kann.
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Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn der erfindungsgemäße
Haltering als Fließpressteil aus Aluminium gefertigt ist.
Ein Aluminium-Fließpressteil hat eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit,
so dass der für die Funktionsweise des erfindungsgemäßen elektrischen
Heizmoduls typische, vom PTC-Heizelement in die wärmeabgebenden
Lamellen erfolgende Wärmefluss besonders hoch ist.
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Eine
besonders effiziente und vorteilhafte Fertigung des erfindungsgemäßen
elektrischen Heizmoduls wird dadurch ermöglicht, dass die
Lamellen klemmend zwischen den Seitenwänden der Nut gehalten
sind; soweit die Nut durch zwei umlaufende Stege gebildet ist, kann
dies dadurch erzielt werden, dass die Stege mit den Lamellen verstemmt
oder verpresst werden. Neben einer hohen Stabilität dieser Verbindung
ergibt sich außerdem ein sehr guter Wärmeübergang
vom Haltering in die Lamellen, während die Verbindung schnell
und effizient maschinell hergestellt werden kann.
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Insbesondere
in diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Lamellen aus
mindestens einem mäanderförmig gebogenen und/oder
gefalteten Blechstreifen gefertigt sind. In diesem Fall sind die
radial inneren Enden der Lamellen bzw. die radial inneren Abschnitte
der Lamellen in Form einer Außenkrempe gebogen, so dass
sich hier eine besonders hohe Stabilität in Querrichtung,
also von Schmalseite zu Schmalseite der Lamelle ergibt. Das Klemmen oder
Verstemmen der Lamellen in der Nut des Halteringes kann dann mit
hohen Kräften erfolgen, wodurch sich die genannte hohe
Stabilität und hohe Wärme leitfähigkeit
der Verbindung nochmals verbessert, indem sich die Lamellen in die
Seitenwände der Nut eindrücken.
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Um
die Führung des Luftstroms durch den Wärmeabgabebereich
hinsichtlich eines optimalen Wärmeübergangs von
den Lamellen in die Luft zu optimieren, können die Lamellen
so ausgebildet sein, dass ihre Schmalseiten im Wesentlichen sichelförmig gebogen
verlaufen. Alternativ oder zusätzlich können die
Lamellen in ihrem radialen Verlauf tordiert sein, so dass ihre Breitseiten
zumindest teilweise gegen die axiale Richtung und somit gegen die
direkte Luftströmungsrichtung gekippt sind. Durch diese
Formungen ergeben sich Umlenkungen und Verwirbelungen im Luftstrom,
die es unter Umständen ermöglichen, den konvektiven
Wärmetransport in der Luft zu erhöhen und somit
die Wärmeabgabe durch die Lamellen zu steigern. Entsprechend
erhöht sich dann auch die abgegebene Leistung des PTC-Heizelements
und in Folge dessen des elektrischen Heizmoduls insgesamt.
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Eine
bevorzugte, grundsätzliche Möglichkeit der Anordnung
des PTC-Heizelements am erfindungsgemäßen Haltering
besteht darin, dass der Haltering eine im Wesentlichen radial verlaufende Kontaktfläche
für einen direkten oder indirekten Wärmekontakt
mit dem PTC-Heizelement aufweist, so dass das PTC-Heizelement mit
seiner Breitseite quer zur Luftströmungsrichtung auf dem
Haltering aufliegt.
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Eine
besonders kompakte und vorteilhaft zu fertigende Weiterbildung dieses
Prinzips besteht in der Hintereinander-Anordnung von zwei Halteringen mit
eingesetzten Lamellen in axialer Richtung, während das
PTC-Heizelement zwischen den Halteringen angeordnet ist und in wärmeleitendem
Kontakt mit beiden Halteringen steht, insbesondere direkt zwischen
den beiden Kontaktflächen der beiden Halteringen sitzt
und somit nicht nur in wärmeleitendem Kontakt mit den Halteringen
steht, sondern auch elektrisch kontaktierend an diesen anliegt.
Dementsprechend ist es zweckmäßig, wenn die Halteringe mit
Anschlusselementen zur elektrischen Kontaktierung versehen sind,
wodurch sich eine separate Kontaktierung des PTC-Heizelements erübrigt.
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Hierbei
ist es weiter vorteilhaft, wenn eine weichelastische Ringdichtung
zwischen die beiden Kontaktflächen der beiden Halteringe
eingesetzt ist und das PTC-Heizelement ringförmig umschließt. Dieses
ist hierdurch feuchtigkeitsdicht zwischen den Halteringen gekapselt,
und die Gefahr, dass die beiden Halteringe in elektrischen Kontakt
miteinander kommen, beispielsweise durch in den Spalt gelangende
Verunreinigungen, wodurch sich ein Kurzschluss ergäbe,
ist eliminiert. Zweckmäßigerweise ist die weichelastische
Dichtung mit einem Querschnitt versehen, der sich radial nach außen
verbreitert. Denn radial innen muss sie es zulassen, dass das PTC-Heizelement
möglichst eng und mit einer gewissen Anpresskraft an den
Kontaktflächen beider Halteringe anliegt, während
nach außen die Abdichtungswirkung der weichelastischen
Dichtung von primärer Wichtigkeit ist.
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Um
die Heizleistung des elektrischen Heizmoduls nach dieser ersten
Ausführungsalternative noch zu verbessern, können
statt zwei Halteringen auch drei oder mehr Halteringe mit den jeweiligen
Lamellen axial hintereinander angeordnet sein, während
zwischen jeweils zwei benachbarten Halteringen jeweils mindestens
ein PTC-Heizelement sitzt und in wärmeleitendem Kontakt
mit beiden angrenzenden Halteringen steht. Zwei PTC-Heizelemente bedingen
dann also drei Halteringe, drei PTC-Heizelemente vier Halteringe
und so weiter. Soweit die PTC-Heizelemente separat mit elektrischem
Strom beschaltbar sind, ergibt sich hierdurch im Gesamtmodul eine
Stufenschaltung für die Heizleistung. Hierfür
können auch unterschiedliche PTC-Heizelemente eingesetzt
werden, so dass die einzeln zu schaltenden Stufen des Gesamtmoduls
unterschiedliche Stufenleistungen aufweisen.
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Eine
zweite grundsätzliche Alternative, die vorliegende Erfindung
weiterzubilden, besteht darin, dass der Haltering an einer axial
verlaufenden Trennebene zweigeteilt ist, wobei das PTC-Heizelement in
der Trennebene zwischen den beiden Halteringteilen sitzt. Hier ist
das PTC-Heizelement mit seinen Breitseiten längs zur Luftströmung
angeordnet; wenn es im Luftstrom stünde, würde
dieser also auf eine Schmalseite des PTC-Heizelements treffen. Anhand dieser
zweiten Alternative wird nochmals klar, dass der Haltering im Sinne
der vorliegenden Erfindung kein Ring im herkömmlichen Sinne
sein muss, sondern durchaus auch aus zwei oder mehr Einzelteilen bestehen
sowie unterschiedlichste Formen besitzen kann.
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Jede
Hälfte des Halterings dieser zweiten grundsätzlichen
Alternative kann eine an die Trennebene angrenzende Kontaktfläche
aufweisen, an der das PTC-Heizelement wärmeleitend und
elektrisch kontaktierend anliegt. Das PTC-Heizelement ist dann also
zwischen die beiden Hälften des Halterings eingesetzt,
wobei vorzugsweise eine Dichtung oder ein Rahmen zur Aufnahme des
PTC-Heizelements vorhanden ist. Dieser Rahmen verhindert, dass zu
große Kräfte auf das PTC-Heizelement einwirken,
und er dichtet dieses nach außen ab.
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Fertigungstechnisch
besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Hälften des
Halterings mittels Klammern, insbesondere Federklammern zusammengesetzt
werden. Hierdurch ergibt sich ein Anpressdruck zwischen den Haltering-Hälften
und dem PTC-Heizelement, was die elektrische Kontaktierung und insbesondere
den Wärmeübergang verbessert.
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Bei
beiden oben beschriebenen, bevorzugten grundsätzlichen
Alternativen, die Erfindung weiterzubilden, können im Wärmeabgabebereich
zwei (oder mehr) radiale Lücken zwischen den Lamellen vorgesehen
sein, um jeweils einen Haltesteg aufzunehmen und gegebenenfalls
einen elektrischen Leiter durchzuführen. Hierdurch wird
eine besonders einfache und maschinell zu bewerkstelligende Montage
des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls
ermöglicht. Denn dann müssen die Halteringe mit
den daran angebrachten Lamellen lediglich auf die Haltestege aufgesetzt
werden, wodurch sie sich automatisch axial zueinander ausrichten.
Die Haltestege müssen dann nur noch oben und unten geschlossen
werden, wobei ein Federelement für eine Vorspannung der
Halteringe gegen die PTC-Heizelemente sorgen.
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Dies
kann so aussehen, dass eine im Wesentlichen U-förmige Halterung
mit mindestens zwei Haltestegen als U-Schenkel vorgesehen ist, wobei am
U-Rücken der Halterung ein Federelement angebracht ist,
dass die Halteringe mit Lamellen in die U-förmige Halterung
eingesetzt sind, und dass eine Klammer auf die Enden der Haltestege
aufgesetzt ist, die die Halteringe fixiert und gegen das Federelement
vorspannt. Alternativ kann das Federelement am U-Rücken
der Halterung entfallen, während die Klammer durch eine
Federklammer oder einen Federbügel ersetzt wird.
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Bevorzugterweise
ist die U-förmige Halterung an einem luftdurchströmbaren
Gehäuse befestigt, oder in dieses integriert, während
ein Lüfter am Gehäuse befestigt oder in dieses
eingesetzt ist. Das Gehäuse kann im Übrigen insbesondere
zum Einsetzen in einen Sitz vorgesehen sein.
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Ganz
besondere Vorteile ergeben sich mit dem elektrischen Heizmodul nach
der vorliegenden Erfindung dann, wenn es als Gebläse in
einem belüfteten Sitz, insbesondere in einem belüfteten
Fahrzeugsitz verwendet wird, wobei bedarfsweise die durch das PTC-Heizelement
und die wärmeleitenden Lamellen ermöglichte Luftstromerwärmung
als Sitzheizung ggf. stufenweise zugeschaltet werden kann.
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Mehrere
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Heizmoduls;
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2 das
Heizmodul aus 1 in vormontiertem Zustand;
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3 das
Heizmodul aus 1 in fertig montiertem Zustand;
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4 eine
andere perspektivische Ansicht des Heizmoduls aus 3;
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5 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls;
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6 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls;
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7 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls;
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8 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls;
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9 das
Heizmodul aus 8 in zusammengebautem Zustand;
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10 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils des Heizmoduls
aus 1.
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Das
in 1 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung
gezeigte elektrische Heizmodul nach einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung besteht in seinem Kern aus zwei Halteringen 1, 1' mit
einer umlaufenden, zylindrischen Nut 2 (siehe 10),
in der radial angeordnete, wärmeleitende Lamellen 3, 3' sitzen,
einem zwischen den beiden Halteringen 1, 1' angeordneten PTC-Heizelement 4 in
Form einer runden Scheibe, einer das PTC-Heizelement 4 umgebenden
weichelastischen Dichtung 5, zwei elektrischen Anschlusselementen 6, 6',
die als Kabelschuhe ausgebildet sind, einem als Wellring-Druckfeder
ausgebildeten Federelement 7 und zwei jeweils zweiteilig
ausgebildeten Haltestegen 8, 8', die die U-Schenkel
einer U-förmigen Halterung 9 bilden, welche in
ein Gehäuse 10 integriert ist und mittels einer
Klammer 11 vervollständigt wird. Das Gehäuse 10 ist
in der vorliegenden Darstellung aufgebrochen, um die innenliegenden Teile,
insbesondere die U-förmige Halterung 9 sichtbar
zu machen. Es ist im Wesentlichen zylindrisch geformt, um ein Rohr
für einen möglichst laminaren Luftstrom zu bilden,
was eingangsseitig durch Luftführungsstege 12 unterstützt
wird. Ausgangsseitig ist im Gehäuse 10 durch einen
Vorsprung 13 und Einstecknuten 14, 14' eine
Aufnahme zum Einstecken eines Lüfters 15 gebildet,
welcher den Luftstrom durch die von den Lamellenringen 3, 3' gebildeten Wärmeabgabebereiche 16 zieht.
Mittels einer Nase 17 wird der Lüfter in die Einstecknut 14 im
Gehäuse 10 eingesteckt. Das Gehäuse 10 ist
außerdem noch mit Montagestegen 18 zum Einsetzen
in einen Fahrzeugsitz versehen.
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Betrachtet
man die 1 und 2 zusammen,
so wird die maschinelle Montierbarkeit des vorliegenden Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls
deutlich. Auf einen im Gehäuse 10 integrierten
und einen Teil des U-Rückens der Halterung 9 bildenden
Federsitz 19 wird das Federelement 7 aufgesetzt.
Die Anschlusselemente 6 und 6' werden jeweils
in einen offenen Innenraum 20 der Halteringe 1, 1' eingepasst
und der Kabelschuh durch einen Ausbruch 21 in den Halteringen 1, 1' hindurchgeführt,
wonach dann der untere Haltering 1' mit seinen Lamellen 3' und
eingepasstem elektrischen Anschlusselement 6' auf das Federelement 7 aufgesetzt
wird, wobei die Haltestege 8 durch zwei gegenüberliegende
Lücken 22' im Wärmeabgabebereich 16 bzw.
in den Lamellen 3' hindurchgreifen und den Haltering 1' in
seiner radialen Lage ausrichten. Auf eine am Haltering 1' angeordnete,
radial verlaufende Kontaktfläche 23' wird sodann
das in der weichelastischen Dichtung 5 eingebettete PTC-Heizelement 4 aufgelegt.
Anschließend wird der obere Haltering 1 entgegengesetzt
orientiert auf das in die Dichtung 5 eingebettete PTC-Heizelement 4 aufgelegt,
wobei auch der Haltering 1 eine Kontaktfläche 23 aufweist,
die das PTC-Heizelement 4 elektrisch und wärmeleitend
kontaktiert. Auch durch Lücken 22 in den Lamellen 3 des
oberen Halterings 1 greifen die Haltestege 8, 8' der
Halterung 9 hindurch, so dass auch der obere Haltering 1 mit
eingesetztem elektrischen Anschlusselement 6 radial ausgerichtet
wird. Die Zweiteilung der beiden Haltestege 8, 8' ermöglicht
hierbei, dass der Kabelschuh des elektrischen Anschlusselements 6 nach
Außen durch die U-Schenkel der Halterung 9 durchgeführt wird.
Um schließlich die Klammer 11 so an der Halterung 9 bzw.
den Haltestegen 8, 8' anbringen zu können,
dass sie dort unter den Auskragungen einrastet, müssen
die Halteringe 1 gegen die Federkraft des Federelements 7 vorgespannt
werden. Die Klammer 11 hält diese Vorspannung
und bewirkt so einen exzellenten Wärmeübergang
sowie einen niedrigen elektrischen Widerstand zwischen dem PTC-Heizelement 4 und
den beiden Kontaktflächen 23, 23' der Halteringe 1, 1'.
Die weichelastische Dichtung 5 weist einen Querschnitt
auf, der sich radial nach Außen verdickt, so dass ein Verkanten
der Halteringe 1, 1' gegeneinander, was einen
Kurzschluss verursachen könnte, ausgeschlossen ist. Gleichzeitig
sorgt die Dichtung 5 dafür, dass das PTC-Heizelement 4 sowie die
Kontaktflächen 23, 23' vor Feuchtigkeit
und Verschmutzungen geschützt sind. Es sei an dieser Stelle angemerkt,
dass die Klammer 11 auch gegen eine Federklammer oder einen
Feder bügel ausgetauscht werden kann, wodurch sich das Federelement 7 erübrigt
und Bauhöhe gespart wird.
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Nachdem
schließlich der Lüfter 15 in das Gehäuse 10 eingesetzt
ist, ergibt sich das in den 3 und 4 dargestellte,
fertige Bauteil zur Heizung und Belüftung von Sitzen. Die
Montagestege 18 oder Montageflansche ermöglichen
das wartungsfreundliche Einsetzen in Kraftfahrzeugsitze. Die Einstecknuten 14 im
Gehäuse 10 dienen einerseits zur Führung und
Verdrehsicherung des Lüfters 15 im Gehäuse 10 mittels
dessen Nase 17; auf der gegenüberliegenden Seite
dient die Einstecknut 14' zur Durchführung der für
den Lüfter 15 und das PTC-Heizelement 4 notwendigen
elektrischen Anschlusskabel.
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Wie
in 10 im Einzelnen verdeutlicht, besitzt das im Ausführungsbeispiel
nach den 1 bis 4 als Haltering 1, 1' verwendete
Aluminium-Fließpressteil in seitlicher Ansicht eine Doppel-T-Form,
wobei jedoch nur eine der beiden T-Flächen als Scheibe,
und zwar als Kontaktfläche 23 ausgebildet ist,
während die gegenüberliegende Seite des Halterings 1 offen
ist, um das Anschlusselement 6 aufnehmen zu können.
Die Nut 2 wird durch zwei Randstege 24 gebildet,
wobei der eine Randsteg 24' der Außenumfang der
Kontaktfläche 23' ist. Die wärmeleitenden
Lamellen 3, 3' sind jeweils aus zwei Aluminiumblechstreifen
gebildet, die mäanderförmig zu zwei die Ringfläche
jeweils halb überdeckend gebogene und gefaltete Lamellenringstücke
bilden, so dass dazwischen die Lücken 22, 22' stehengelassen werden
können. Gegebenenfalls kann der Wärmeabgabebereich 16 auch
aus mehreren einzelnen Lamellenringstücken zusammengesetzt
sein.
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Die
Lamellen 3 sitzen in ihrem radial innenliegenden Bereich
in der Nut 2 des Halterings 1, wobei die Nut 2 in
ihrer Breite exakt der Breite der Blechstreifen entspricht, so dass
diese axial und radial ausgerichtet in die Nut 2 eingesteckt
werden können. Ein Verpressen bzw. ein Verstemmen der Randstege 24 des
Halterings 1 nach Innen gegen die Lamellen 3 hin
bewirkt eine Verformung der Nutseitenwände, so dass sich
die Lamellenschmalseiten aufgrund der durch die radial innenliegende
Faltung erhöhten Stabilität der Lamellen in Axialrichtung
in die Nutseitenwände eindrücken und eine innige,
wärmeleitende Verbindung mit dem Haltering 1 eingehen.
Eine hervorragende Wärmeleitung vom PTC-Heizelement 4 in
den Haltering 1 aufgrund der gegebenen Vorspannung im Montagezustand
sowie eine hervorragende Wärmeleitung zwischen dem Haltering 1 in
die wärmeleitenden Lamellen 3 ist somit gewährleistet.
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Der
Wärmeübergang von den wärmeleitenden
Lamellen 3, 3' in den mittels des Lüfters 15 durch das
Gehäuse 10 und den Wärmeabgabebereich 16 hindurch
gezogenen Luftstrom kann durch Variieren der Ausformung der Lamellen 3, 3' optimiert
werden. Beispiele finden sich hierfür in den Ausführungsbeispielen
nach den 6 und 7, die sich
lediglich durch die unterschiedliche Formen der Lamellen 3, 3' vom
Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 4 unterscheiden.
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Beim
Ausführungsbeispiel, das in 6 dargestellt
ist, sind die Lamellen 3 in ihrem radialen Verlauf sichelförmig
gebogen, was dem Umstand Rechnung trägt, dass der Lüfter 15 in
seinem Ansaugbereich zwar eine nahezu verwirbelungsfreie Luftströmung
erzeugt, jedoch nicht mit exakt axial verlaufenden Strömungsvektoren.
Die Lamellen 3, 3' können hierbei wiederum
mäanderförmig gebogen und gefaltet sein, jedoch
auch aus einzelnen Blechstreifen bestehen.
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Das
in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt
wiederum mäanderförmig gefaltete Lamellen 3, 3',
die jedoch nicht solcherart axial ausgerichtet sind, dass ihre Breitseiten
exakt in Axialrichtung verlaufen, sondern sie sind gegen diese Axialrichtung
leicht gekippt, so dass der axiale Luftstrom auch auf eine Projektion
der Breitseiten auftrifft. Dementsprechend sind die Lamellen 3, 3' in
gekipptem Zustand in der Nut 2 des Halterings 1 verstemmt. Da
dies fertigungstechnisch nicht ganz einfach ist, können
die Lamellen 3 auch senkrecht in der Nut 2 sitzen,
wie es in den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen
der Fall ist, und die Lamellen 3 anschließend
tordiert sein, also um eine radiale Achse in sich verdreht, um die
in 7 dargestellte Kippung der Lamellen 3 im
Wärmeabgabebereich 16 herzustellen.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes
elektrisches Heizmodul, das im Wesentlichen den in den 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel entspricht. Allerdings sind hier drei
Halteringe 1, 1', 1'' mit je weiligen
Lamellen 3, 3', 3'' übereinander
angeordnet, und zwischen jeweils zwei Halteringen 1, 1', 1'' ist
jeweils ein PTC-Heizelement 4, 4' in der anhand 1 beschriebenen
Art und Weise angeordnet, und in eine Dichtung 5, 5' eingebettet.
Die beiden PTC-Heizelemente 4, 4' wirken also
auf ein gemeinsames Lamellenpaktet 3' und zusätzlich
auf jeweils ein eigenes Lamellenpaket 3 bzw. 3''.
Sie können mit unterschiedlichen Leistungsaufnahmen versehen
sein, wie auch die Lamellenpakete 3, 3', 3'' unterschiedlich
gestaltet sein können, insbesondere auch hinsichtlich der
Höhe der Lamellen. Die elektrische Kontaktierung kann sich auf
drei Anschlusselemente 6, 6', 6'' beschränken,
da sich hier zwei PTC-Heizelemente 4, 4' einen
gemeinsamen elektrischen Anschluss 6' teilen.
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Die
in 5 dargestellte Anordnung ermöglicht ein
stufenweises Zuschalten von elektrischer Heizenergie in den vom
Lüfter 15 erzeugten Luftstrom, wobei vorliegend
zwei Stufen geschaltet werden können. Soweit eine entsprechend
größere Anzahl von Halteringen 1 mit
Lamellenpaketen 3 übereinander gestapelt wird,
können auch mehrere Stufen von zuschaltbarer Heizleistung
realisiert werden. Wenn kein PTC-Heizelement 4, 4' mit
elektrischen Strom beschaltet wird, arbeitet das erfindungsgemäße
elektrische Heizmodul als Lüfter zur Belüftung
eines Fahrzeugsitzes. Eine entsprechend schwache erste Heizstufe
würde beispielsweise eine temperierte Belüftung
eines Fahrzeugsitzes ermöglichen, ohne diesen im subjektiven
Empfinden der darauf sitzenden Person zu heizen.
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Die 8 und 9 zeigen
schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls, das
wiederum in ein Gehäuse mit einem Lüfter eingesetzt
werden kann, was hier allerdings nicht dargestellt ist. Dieses weitere
Ausführungsbeispiel verwirklicht eine alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Halterings 1,
da dieser vorliegend in zwei Hälften 25, 25' aufgeteilt
ist, welche voneinander separiert sind. In der Trennebene zwischen
den beiden Hälften 25, 25' ist jede Hälfte
des Halterings 1 mit einer axial verlaufenden Kontaktfläche 23, 23' versehen,
so dass das PTC-Heizelement 4 axial statt radial ausgerichtet zwischen
den Kontaktflächen 23, 23' sitzt und
von diesen wärmeleitend sowie elektrisch kontaktiert wird.
Ein Halterahmen 26 aus Kunststoff sorgt für eine
exakte Ausrichtung des PTC- Heizelements 4 sowie der beiden
Hälften 25, 25' des Halterings 1 zueinander,
während zwei Federklammern 27 die beiden Hälften 25, 25' des
Halterings 1 aneinander festlegen. Die Halteklammern 27 sind
jeweils einseitig mit einer Isolierung 28 unterlegt, so
dass jede Federklammer 27 jeweils nur eine Hälfte 25, 25' des
Halterings 1 elektrisch kontaktiert.
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Wie 9 deutlich
zeigt, verbleibt zwischen den jeweiligen Lamellenpaketen 3 der
beiden Hälften 25, 25' des Halterings 1 wiederum
beidseitig eine Lücke 22, in die eine (aus isolierendem
Material bestehende) Halterung 9, beispielsweise die aus
Kunststoff gefertigten Haltestege 8 aus den 1 bis 7 eingesetzt
werden können, um das elektrische Heizmodul in einem Lüftergehäuse
zu montieren.
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Abgesehen
von der Teilbarkeit mit axial verlaufender Trennebene ist der Haltering 1 nach
dem in den 8 und 9 dargestellten
Ausführungsbeispiel prinzipiell so aufgebaut, wie in den
in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispielen.
Denn er besteht aus einem als Fließpressteil hergestellten Aluminium-Bauteil
mit jeweils umlaufenden oberen und unteren Randstegen 24 zur
Bildung einer außen umlaufenden, zylindrischen Nut 2.
In dieser Nut 2 sitzen die aus einem mäanderförmig
gebogenen Aluminiumblech hergestellten Lamellen 3, welche
dort durch Verstemmen der Randstege 24 verpresst sind.
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Die
in den 8 und 9 dargestellte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls
ermöglicht eine geringere Bauhöhe und kann dementsprechend
vorteilhaft sein. Allerdings wird die abgegebene Heizleistung im
Allgemeinen nicht so hoch sein, wie bei den anderen beschriebenen
Ausführungsformen. Allen Ausführungsformen gemeinsam
ist jedoch der hocheffiziente Wärmeübergang von
den PTC-Heizelementen in die wärmeleitenden Lamellen ohne
die Notwendigkeit, die Lamellen kleben oder löten zu müssen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0350528
A1 [0003]
- - EP 1479918 A1 [0004, 0006]
- - DE 202005012394 U1 [0008]
- - EP 1464533 A1 [0009]
- - US 6541737 B1 [0009]