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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. In der
DE 38 21 435 A1 ist eine Heizeinheit mit
einem ringförmigen,
luftdurchströmbaren
Wärmeabgabebereich
offenbart, wobei zwischen zwei Ringen eine Vielzahl von radial verlaufenden
PTC-Heizelementen angeordnet ist, die einen ringförmigen luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich
bilden. Die Ringe sind mit Abkantungen und in diesen axial verlaufenden
Schlitzen versehen, um die PTC-Heizelemente aufzunehmen und mit
diesen zusammen eine feste, scheibenförmige Heizeinheit zu bilden.
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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.