DE102010033310A1

DE102010033310A1 - Elektrisches Heizmodul mit PTC-Element zum elektrischen Erwärmen eines Luftstroms

Info

Publication number: DE102010033310A1
Application number: DE102010033310A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2030-08-05
Also published as: DE102010033310B4; WO2012016687A1

Abstract

Es wird ein elektrisches Heizmodul (1) zum Erwärmen eines Luftstroms (3), insbesondere zum Heizen und Belüften eines Sitzes, mit verbesserten mechanischen und thermischen Eigenschaften vorgeschlagen. Es umfasst mindestens ein PTC-Heizelement (10) und mindestens einen luftdurchstrombaren Wärmeabgabebereich (4) mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem PTC-Heizelement (10) in wärmeleitender Verbindung stehen. Die Lamellen des Heizmoduls (10) umfassen sowohl mindestens ein Lamellenband (5) als auch mindestens ein festes Lamellenprofil (6), die in dem Wärmeabgabebereich (4) angeordnet sind, wobei das Lamellenband (5) im zentralen Bereich des Wärmeabgabebereichs (4) innerhalb eines Rahmens (7) angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung (2) angeordnet ist, das Lamellenprofil (6) im Außenbereich des Wärmeabgabebereichs (4) angeordnet ist und das Heizmodul (10) Federelemente (9) aufweist, die zum Zusammendrücken des Lamellenbandes (5), des Lamellenprofils (6) und des PTC-Heizelements (10) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizmodul mit PTC-Element zum elektrischen Erwärmen eines Luftstroms. Ein solches Heizmodul ist insbesondere zum Heizen und Belüften eines Sitzes, insbesondere in Fahrzeugen, vorgesehen. Es umfasst mindestens ein PTC-Heizelement und mindestens einen luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem PTC-Heizelement in wärmeleitender Verbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind.
PTC-Elemente sind Halbleiter-Widerstände aus Keramik, deren ohmscher Widerstand temperaturabhängig ist. Die Widerstands-Temperatur-Kennlinie ist nicht linear; der Widerstand eines PTC-Heizelements sinkt mit steigender Bauteiltemperatur zunächst leicht ab, um dann bei einer charakteristischen Temperatur (sogenannte Referenztemperatur) sehr steil anzusteigen. Diese insgesamt mit positiver Steigung verlaufende Widerstands-Temperatur-Kennlinie (PTC = Positive Temperature Coefficient) führt dazu, dass ein PTC-Heizelement hinsichtlich der sich bei Stromdurchfluss einstellenden Temperatur selbstregelnde Eigenschaften aufweist.
Wenn die Bauteiltemperatur deutlich unter der Referenztemperatur liegt, weist das PTC-Heizelement einen niedrigen Widerstand auf, sodass entsprechend hohe Stromstärken durchgeleitet werden können. Wenn für eine gute Wärmeabfuhr von der Oberfläche des PTC-Heizelements gesorgt ist, wird dabei also entsprechend viel elektrische Leistung aufgenommen und als Wärme abgegeben. Steigt die Temperatur des PTC-Heizelements jedoch über die Referenztemperatur, steigt auch der elektrische PTC-Widerstand rasch an, sodass die elektrische Leistungsaufnahme auf einen sehr geringen Wert begrenzt wird. Die Bauteiltemperatur nähert sich dann einem oberen Grenzwert, der von der Wärmeabgabe an die Umgebung des PTC-Heizelements abhängig ist. Unter normalen Umgebungsbedingungen kann die Bauteiltemperatur des PTC-Heizelements also nicht über eine charakteristische höchste Temperatur ansteigen, selbst wenn im Störfall die gewollte Wärmeableitung von dem PTC-Heizelement an die Umgebung völlig unterbrochen wird.
Wegen dieser Eigenschaft sowie wegen der selbstregelnden Eigenschaft eines PTC-Heizelements, aufgrund derer die von dem PTC-Heizelement aufgenommene elektrische Leistung genau der abgegebenen thermischen Leistung entspricht, sind PTC-Heizelemente für den Einsatz in Heizungs- bzw. Klimaanlagen oder bei sonstigen Anwendungen zur Luftstromerwärmung prädestiniert, insbesondere in Fahrzeugen. Bei Fahrzeugen darf nämlich aus Sicherheitsgründen auch im Störfall keine feuergefährliche Temperatur im Heizelement entstehen, wobei gleichwohl im Normalbetrieb eine hohe Heizleistung gefordert wird.
Die wärmeleitenden Lamellen dienen als wärmeableitende Elemente, mit denen die von dem mindestens einen PTC-Heizelement erzeugte Wärme an die den Wärmeabgabebereich durchströmende Luft übertragen wird. Sie bestehen aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise aus Metall, insbesondere Kupfer, Messing oder bevorzugt Aluminium. Sie werden im Stand der Technik auf zwei unterschiedliche Weisen realisiert, nämlich entweder als umgeformtes, insbesondere gefaltetes und/oder gebogenes Lamellenband, z. B. ein mäanderförmig, rechteckförmig, z-förmig oder s-förmig zu Lamellen gefalteter Metallband-Blechstreifen, der ein längliches Wärmetauscher-Lamellenband-Modul bildet (siehe z. B. EP 0 350 528 A1 und WO 2009/087106 A1 ), oder als Rippen eines festen Lamellenprofils, insbesondere einem Aluminium-Strangprofil. Ein Aluminium-Fließpressteil hat eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass der für die Funktionsweise des elektrischen Heizmoduls typische, vom PTC-Heizelement in die wärmeabgebenden Lamellenprofile erfolgende Wärmefluss besonders hoch ist.
Ein Heizmodul wird in einem entsprechenden luftstromführenden Kanal angeordnet und sein Wärmeabgabebereich wird mittels eines Ventilators, der auch als Lüfter bezeichnet wird, mit Luft durchströmt, die dabei mittels des PTC-Heizelements erwärmt werden kann. Wegen des in Fahrzeugen für luftstromführende Kanäle begrenzten Platzes werden als Ventilatoren dabei meist Radialventilatoren eingesetzt, die jedoch eher weniger für diesen Zweck geeignet sind, da sie einen hohen Druck bei entsprechend hohen Ausströmgeschwindigkeiten erzeugen. Die Vorteile von Axialventilatoren sind ein hoher geförderter Luftdurchsatz (hoher Volumenstrom) bei geringen Abmessungen. Ihre im Vergleich zu einem Radialventilator geringere Druckerhöhung ist für die meisten Anwendungen in Fahrzeugen nicht bedeutsam.
Die bekannten elektrischen Heizmodule der eingangs genannten Art umfassen zwei Bauarten. Die Heizmodule der ersten Bauart bestehen in der Regel aus mehreren Lagen von flächig nebeneinander angeordneten, mit ihrer Schmalseite im Luftstrom stehenden PTC-Heizelementen, die an ihren flachen Ober- und Unterseiten jeweils mit Kontaktblechen elektrisch kontaktiert sind. Die daran angrenzenden Wärmeabgabebereiche weisen Lamellen auf, beispielsweise mäanderförmig angeordnete Metalllamellen, 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, wodurch die abwechselnd angeordneten Wärmeabgabebereiche mit wärmeleitenden Lamellen und die Stege mit den PTC-Heizelementen aufeinander gepresst werden.
Dies bedingt allerdings eine rechteckige Form des elektrischen Heizmoduls mit zeilenartiger Strukturierung der Bauteile. Daher wird die erste bekannte Bauart im Folgenden vereinfacht als rechteckige Bauart bezeichnet. Die rechteckige Form ist jedoch strömungstechnisch zur Luftstromerwärmung insbesondere dann nicht optimal, wenn der Platz für entsprechende luftstromführende Kanäle wie in einem Kraftfahrzeug nur sehr begrenzt ist. Beispiele für bekannte elektrische Heizmodule mit einem rechteckigen Rahmen, der eine Mehrzahl von PTC-Heizelementen und daran angrenzenden, luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereichen mit wärmeleitenden Lamellen zu einem Modul zusammenfasst, zum Heizen des Innenraums von Kraftfahrzeugen sind in den Druckschriften EP 0 350 528 A1 , EP 1 731 852 A1 , US 5,192,853 , DE 42 15 498 A1 und EP 1 574 791 A1 offenbart. Die rechteckige Bauart wird in Fahrzeugen beispielsweise auch für Nackenheizungen eingesetzt.
Auch in der EP 1 479 918 A1 ist ein komplettes Gebläsemodul, bestehend aus einem in einem Gehäuse integrierten Radialventilator und einem Heizmodul offenbart, das zum Beheizen eines belüfteten Kraftfahrzeugsitzes dienen soll. Da ein Kraftfahrzeugsitz aus Sicherheitsgründen auch beim Ausfall des Ventilators 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. 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 DE 198 51 979 A1 beschrieben.
Die bekannten rechteckigen Heizmodule weisen jedoch praktische Nachteile auf. Zum einen ist ihre Fertigung aufgrund ihres mehrschichtigen, federbelasteten Aufbaus innerhalb eines Rahmens kaum maschinell möglich, sondern erfordert vielmehr relativ viel aufwendige Handarbeit. Zum anderen können bei Ausführungsformen mit Lamellen aus Metallband kaum mehrere Heizmodule in Serie hintereinander angeordnet werden, weil aufgrund von Fertigungstoleranzen die gefalteten Bandlamellen nicht von Heizmodul zu Heizmodul bzw. von Lamellenband-Modul zu Lamellenband-Modul gleich angeordnet sind, sodass in Strömungsrichtung hintereinander liegende Lamellen seitlich gegeneinander versetzt sind, wodurch sich der Strömungswiderstand für die durchgeleitete Luft und damit der Druckverlust erhöhen. Ferner besteht ein erheblicher Nachteil darin, dass die bekannten Heizmodule bei der Entsorgung nicht unaufwendig demontiert werden können, sodass sie als Ganzes entsorgt werden müssen. Schließlich erfordert ihre rechteckige Form auch einen rechteckigen Querschnitt des luftdurchströmten Kanals, zumindest an der Stelle, an der sie darin eingesetzt werden.
Die elektrischen Heizmodule der zweiten bekannten Bauart weisen einen ringförmigen, insbesondere kreisrund ausgebildeten Wärmeabgabebereich auf, in dem wärmeleitende Metallband-Lamellen im Wesentlichen radial verlaufend angeordnet sind. Dies vereinfacht die Montage, insbesondere wenn diese automatisiert werden soll, und erhöht die Effizienz des Wärmeübergangs von dem PTC-Heizelement auf den durch die Bandlamellen bzw. den Wärmeabgabebereich geleiteten Luftstrom. Ein kreisrunder Wärmeabgabebereich ist strömungsgünstig und deshalb bevorzugt. Die zweite bekannte Bauart wird im Folgenden vereinfacht als runde Bauart bezeichnet. Derartige Heizmodule sind in der DE 20 2005 012 394 U1 (siehe auch EP 1 772 684 A2 und EP 1 783 439 A2 ) offenbart. In der WO 2008/092694 A1 wurde ein solches verbessertes elektrisches Heizmodul mit einem wärmeleitenden Haltering vorgeschlagen.
Aber auch die Heizmodule der zweiten bekannten Bauart haben praktische Nachteile. Zum einen ist auch ihre Fertigung aufgrund ihres komplexen Aufbaus aufwendig. Zum anderen können nicht mehrere Heizmodule in Serie hintereinander angeordnet werden, weil aufgrund von Fertigungstoleranzen die gefalteten Bandlamellen nicht von Heizmodul zu Heizmodul bzw. von Lamellenband-Modul zu Lamellenband-Modul gleich angeordnet sind, also nicht fluchten, sondern in Strömungsrichtung hintereinander liegende Lamellen seitlich gegeneinander versetzt sind, wodurch sich der Strömungswiderstand für die durchgeleitete Luft und damit der Druckverlust erhöhen. Ferner besteht ein erheblicher Nachteil darin, dass sie bei der Entsorgung nicht unaufwendig demontiert werden können, sodass sie als Ganzes entsorgt werden müssen.
Ferner hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass bei runden Heizmodulen die Wärmeauskopplung aus dem PTC-Heizelement über die Metallband-Lamellen an die den Wärmeabgabebereich durchströmende Luft nicht optimal ist, insbesondere wenn ein bevorzugter Axialventilator verwendet wird, sodass die mit dem PTC-Heizelement theoretisch mögliche Heizleistung in der Praxis nicht erreicht wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Heizmodul der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Montagefreundlichkeit, hinsichtlich des benötigten Einbauraums, beispielsweise in einem Sitz, hinsichtlich der Möglichkeit zum hintereinander Anordnen mehrerer Heizmodule, hinsichtlich der einfachen Zerlegbarkeit bei der Entsorgung, hinsichtlich der Wärmeauskopplung aus dem PTC-Heizelement über die Lamellen an die den Wärmeabgabebereich durchströmende Luft, insbesondere bei Verwendung in Kombination mit einem bevorzugten Axialventilator, und hinsichtlich einer hohen Wärmeleistung bei geringem Druckverlust zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Heizmodul mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Verwendungen der Erfindung ergeben sich aus den nebengeordneten und abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mit zugehörigen Zeichnungen.
Ein erfindungsgemäßes Heizmodul zum elektrischen Erwärmen eines Luftstroms, insbesondere zum Heizen und Belüften eines Sitzes, mit mindestens einem PTC-Heizelement und mindestens einem luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem PTC-Heizelement in wärmeleitender Verbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind, weist also die Besonderheit auf, dass die Lamellen des Heizmoduls sowohl mindestens ein Lamellenband als auch mindestens ein festes Lamellenprofil umfassen, die in dem Wärmeabgabebereich angeordnet sind, wobei das Lamellenband im zentralen Bereich des Wärmeabgabebereichs innerhalb eines Rahmens angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist, das Lamellenprofil im Außenbereich des Wärmeabgabebereichs angeordnet ist und das Heizmodul Federelemente aufweist, die zum Zusammendrücken des Lamellenbandes bzw. Lamellenband-Moduls, des Lamellenprofils und des PTC-Heizelements ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung verbessert die Eigenschaften der bisher bekannten elektrischen Heizmodule der eingangs genannten Art also durch eine Kombination von Lamellenbändern mit Lamellenprofilen und eine bestimmte Anordnung dieser wärmeableitenden Elemente, die mittels Federelementen mit dem PTC-Heizelement und einem Rahmen zusammengehalten werden, wobei unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Komponenten ermöglicht werden.
Das erfindungsgemäße Heizmodul ist gewissermaßen ein Hybrid aus der bekannten rechteckigen Bauart mit Lamellenbändern und/oder Lamellenprofilen in einem Rahmen und der runden Bauart mit Lamellenbändern. In der Technik bezeichnet der Begriff Hybrid ein aus unterschiedlichen Elementen zusammengesetztes Ganzes, mit der Besonderheit, dass die in dem Hybrid verknüpften Elemente für sich allein genommen schon eine funktionierende Lösung schaffen, aber erst durch ihre Verbindung völlig neue, vorteilhafte, über die Einzelelemente hinausgehende Eigenschaften entstehen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass erst durch eine optimierte Wärmeübertragung der PTC-Heizelemente an die Umgebung, d. h. an die Lamellen und von den Lamellen an den Luftstrom, ein effizientes Heizmodul realisiert werden kann. Im Rahmen der Erfindung wurde gefunden, dass hierzu der Wärmestrom möglichst symmetrisch durch das PTC-Heizelement fließen und symmetrisch aus ihm ausgekoppelt werden muss, weil eine unsymmetrische Wärmeauskopplung hochohmige Randschichten in der PTC-Keramik erzeugt und demzufolge das Leistungsvermögen des PTC-Heizelements reduziert. Bei PTC-Heizelementen wird nämlich aufgrund der ausgeprägten Abhängigkeit ihres elektrischen Widerstands von der Temperatur die thermische und somit auch die elektrische Leistung maßgeblich durch den Wärmetransport von dem PTC-Heizelement zu den wärmeabgebenden Oberflächen des Heizmoduls bestimmt.
Der erfindungsgemäße Aufbau eines Heizmoduls ermöglicht diesbezüglich eine optimierte Wärmeauskopplung aus dem PTC-Heizelement und damit eine bessere Heizleistung. Die Wärmeübertragung von den PTC-Heizelementen an die Luft erfolgt mittels Bandlamellen und Profillamellen, zwischen denen die PTC-Heizelemente mittels der Federelemente eingeklemmt werden. Dadurch kann eine symmetrische Wärmeübertragung erzielt werden, d. h. die Wärmeübertragung von den PTC-Heizelementen an die im Inneren des Rahmens angeordnete Lamellenbänder ist in etwa so hoch wie die Wärmeübertragung von den PTC-Heizelementen an die außerhalb des Rahmens angeordnete Lamellenprofile.
Fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist es, wenn das Heizmodul mittels Federelementen, vorzugsweise Klammern, insbesondere Federklammern zusammengesetzt und zusammengehalten wird, die für eine Vorspannung sorgen. Hierdurch ergibt sich ein Anpressdruck zwischen den Lamellen und dem PTC-Heizelement, was die elektrische Kontaktierung und insbesondere den Wärmeübergang verbessert. Eine besonders effiziente und vorteilhafte Fertigung des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls wird ermöglicht, wenn die Lamellenbänder mittels der Federelemente klemmend in dem Rahmen gehalten werden; neben einer hohen Stabilität dieser Verbindung ergibt sich außerdem ein sehr guter Wärmeübergang von den PTC-Heizelementen in die Lamellenbänder, wobei die Verbindung schnell und effizient maschinell hergestellt werden kann.
Die Federelemente können aus Metall oder einem anderen geeigneten Federmaterial bestehen. Um eine elektrische Verbindung bzw. einen elektrischen Kurzschluss zwischen den von den Federelementen mechanisch zusammengehaltenen Komponenten zu vermeiden, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Kontakt- bzw. Auflagestellen, an denen die Federelemente an den Komponenten des Heizmoduls aufliegen oder angreifen, elektrisch nichtleitend oder elektrisch isoliert sind, beispielsweise durch eine Beschichtung. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Federelemente, die insgesamt oder zumindest im Bereich der Kontakt- bzw. Auflagestellen, an denen sie an den Komponenten des Heizmoduls aufliegen oder angreifen, aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen oder ganz oder teilweise elektrisch isoliert sind, beispielsweise durch eine Lackierung, Beschichtung oder einen isolierenden Überzug.
Dabei kann gleichzeitig auf einfache Weise die elektrische Kontaktierung der PTC-Heizelemente über deren Metallisierung erfolgen. Die PTC-Heizelemente können in dem Heizmodul alle elektrisch parallel verschaltet werden, wenn nur eine Heizstufe gewünscht wird, oder zumindest teilweise separat zugeschaltet werden, wenn zwei oder mehr Heizstufen gewünscht werden.
Das erfindungsgemäße Heizmodul wird über ein Federelement-Klemmsystem zusammengehalten, wobei eine gute mechanische Stabilität, eine innige mechanische Verbindung der PTC-Heizelemente zu den Lamellen für eine gute Wärmeübertragung und eine innige elektrische Verbindung der PTC-Heizelemente zu den Lamellen oder zu elektrischen Kontaktelementen erreicht werden können.
Während im Betriebsfall bei einer Temperaturänderung die Metallteile des Heizmoduls immer einer thermischen Ausdehnung unterliegen, weisen die anderen Bauteile, beispielsweise ein Rahmen aus Kunststoff oder die PTC-Heizelemente, keine praktisch bedeutsame thermische Ausdehnung auf. Das erfindungsgemäße Federelement-Klemmsystem kann die in dem Heizmodul auftretenden unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen aufnehmen bzw. ausgleichen oder kompensieren und dabei sicherstellen, dass die gute thermische und elektrische Kontaktierung der PTC-Heizelemente erhalten bleibt.
Die Größe des Heizmoduls und seine thermische Leistung können durch die Anzahl und Größe der PTC-Heizelemente und der Lamellen nahezu beliebig an praktische Erfordernisse angepasst werden. Ein erfindungsgemäßes Heizmodul kann sehr flexibel gestaltet werden, insbesondere wenn die PTC-Heizelemente mittels eines die Bandlamellen umgebenden Rahmens, vorzugsweise aus Kunststoff, zwischen den Bandlamellen und den Profillamellen angeordnet werden. Die elektrische Kontaktierung der PTC-Heizelemente kann über metallische Kontaktbleche erfolgen.
Der Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass es bei runden Bauarten von Heizmodulen vorteilhaft ist, die Wärmeabfuhr aus dem zentralen Wärmeabgabebereich, in dem die Bandlamellen angeordnet sind, und die Wärmeabfuhr aus dem peripheren Außenbereich, in dem die Profillamellen angeordnet sind, an das Strömungsprofil der durchströmenden Luft anzupassen. Dies gilt insbesondere bei der Verwendung des Heizmoduls mit einem Axialventilator, der bauartbedingt in seinem radialen Außenbereich einen höheren Luftstrom und eine höhere Strömungsgeschwindigkeit als im zentralen Bereich aufweist. Die Erfindung ermöglicht es, durch eine entsprechende Gestaltung der Position, Größe, Form, Ausdehnung und Anzahl der dünneren, weniger Wärme leitenden Bandlamellen in dem zentralen Rahmen und der dickeren, mehr Wärme leitenden Profillamellen im Außenbereich eine entsprechende Anpassung der jeweiligen Wärmeabfuhr aus diesen Bereichen vorzunehmen, um trotz der unterschiedlichen Luftströmungen eine gleichmäßige, symmetrische Temperatur der PTC-Heizelemente zu erzielen.
Die Hintereinanderreihung mehrerer Heizmodule, d. h. der Zusammenbau mehrerer Positionierungsrahmen mit PTC-Keramiken und Lamellen aneinander, ermöglicht es, auch bei Verwendung jeweils einstufiger Heizmodule eine insgesamt mehrstufige Heizleistung bereitzustellen. Ferner kann durch die Aneinanderreihung auch bei geringen Platzverhältnissen, d. h. in engen Strömungskanälen, eine hohe Heizleistung bei geringem Druckverlust realisiert werden.
Die Vorteile eines erfindungsgemäßen Heizmoduls bestehen in der Montagefreundlichkeit, dem geringen benötigten Einbauraum, der Möglichkeit zum hintereinander Anordnen mehrerer Heizmodule, der einfachen Zerlegbarkeit bei der Entsorgung, der verbesserten, insbesondere symmetrischen Wärmeauskopplung aus den PTC-Heizelementen über die Lamellen an die den Wärmeabgabebereich durchströmende Luft, der Erzielung einer gleichmäßigeren Temperatur der PTC-Heizelemente und damit einhergehend einer höheren Heizleistung, der Anpassbarkeit an inhomogene Luftströmungen, insbesondere bei Verwendung mit einem bevorzugten Axialventilator, und der hohen Wärmeleistung bei geringem Druckverlust. Insgesamt ist das erfindungsgemäße Heizmodul sehr vorteilhaft, flexibel, sicher und kostengünstig. Die Möglichkeit zum einfachen und flexiblen Anpassen und Optimieren seiner elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften an praktische oder kundenspezifische Anforderungen schafft die Grundvoraussetzung für ein kostengünstig herstellbares Heizmodul.
Ein weiterer Vorteil erfindungsgemäßer Heizmodule ist, dass sie derart ausgebildet werden können, dass sie die sogenannte Nagelprüfung bestehen. Die Nagelprüfung ist ein Praxistauglichkeitstest für Geräte, bei dem simuliert wird, dass ein Benutzer mit einem Nagel in das zu prüfende Gerät sticht. Dabei darf für ein Bestehen des Tests das geprüfte Gerät nicht beschädigt werden.
Es wird angemerkt, dass beim Ersetzen des PTC-Heizelements oder der PTC-Heizelemente durch ein bzw. mehrere Peltier-Elemente in einem erfindungsgemäßen Heizmodul mit den Merkmalen des beigefügten Hauptanspruchs und/oder in einem Heizmodul mit den Merkmalen eines oder mehrerer Unteransprüche und/oder in einem Heizmodul gemäß der vorliegenden Beschreibung, Ausführungsbeispiele und Zeichnungen bei im Übrigen unverändertem oder im Wesentlichen gleichen Aufbau das erfindungsgemäße Heizmodul zu einem Kühlmodul mit vergleichbaren Vorteilen wird. Der erfindungsgemäße strukturelle Aufbau eines Heizmoduls hat somit weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten als Kühlmodul.
Bevorzugt wird das Peltierelement dabei derart angeordnet bzw. betrieben, dass es die Lamellenbänder im Inneren des Rahmens abkühlt und die Lamellenprofile auf der Außenseite des Rahmens erwärmt. Ein durch die Lamellenbänder geleiteter Luftstrom kann dadurch abgekühlt werden, und die entstehende Abwärme wird über die Lamellenprofile abgeführt, beispielsweise an einen durch die Lamellenprofile geleiteten weiteren Luftstrom oder an weitere externe Bauteile, die in wärmeleitender Verbindung mit den Lamellenprofile stehen.
Da bei einem erfindungsgemäßen Heizmodul die Lamellen zum Erwärmen des hindurchströmenden Luftstroms dienen und die von den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme von dem Luftstrom abgeführt wird, bei einem entsprechenden Kühlmodul die Lamellen (insbesondere die Bandlamellen) dagegen zum Abkühlen des hindurchströmenden Luftstroms dienen, unterscheidet sich ein entsprechendes Kühlmodul von einem erfindungsgemäßen Heizmoduls dadurch, dass das Kühlmodul eine Wärmeleitung zum Abführen der Abwärme des Peltierelements ermöglicht. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die dünneren Lamellenbänder zum Abkühlen eines Luftstromes und die dickeren Lamellenprofile zum Abführen der Abwärme dienen, da sich herausgestellt hat, dass die Kühlleistung der Lamellenbänder ausreicht und eine gute Wärmeleitung der Lamellenprofile vorteilhaft ist. Ein Kühlmodul ist insbesondere in der rechteckigen Bauart bevorzugt, da bei dieser im Vergleich zur runden Bauart besonders viel Masse an wärmeleitendem Material und damit besonders viel Wärmetransport- bzw. Kühlleistung im äußeren Bereich, d. h. im Bereich der Lamellenprofile vorgesehen sein kann.
Bevorzugterweise wird ein erfindungsgemäßes Heizmodul in ein luftdurchstrombares Gehäuse integriert, d. h. in einem luftdurchströmbaren Gehäuse befestigt. Dabei kann ferner vorteilhafterweise ein Ventilator am Gehäuse befestigt oder in dieses eingesetzt sein, vorzugsweise ein Axialventilator. Das Gehäuse kann im Übrigen zum Einsetzen in einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, oder zum Einsetzen in einen Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromerwärmung eines Fahrzeuges vorgesehen sein.
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 Fahrzeugsitz, oder in einem Luftkanal verwendet wird, wobei bedarfsweise die durch das PTC-Heizelement und die wärmeleitenden Lamellen ermöglichte Luftstromerwärmung als Sitzheizung, ggf. stufenweise, zugeschaltet werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die darin beschriebenen Besonderheiten können einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizmoduls,
2 eine perspektivische Explosionsdarstellung zu 1,
3 eine radiale Ansicht zu 1,
4 einen Schnitt A-A zu 3,
5 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizmoduls,
6 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels,
7 eine weitere perspektivische Explosionsdarstellung zu 6,
8 eine axiale Ansicht zu 7,
9 eine axiale Ansicht des Heizmoduls von 5 in einem Gehäuse mit rundem Querschnitt, gesehen von der Lufteintrittsseite,
10 einen Schnitt A-A zu 9,
11 eine axiale Ansicht des Heizmoduls von 5 in einem Luftkanal mit rundem Querschnitt, gesehen von der Luftaustrittsseite,
12 eine radiale Aufsicht zu 11,
13 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizmoduls,
14 eine perspektivische Explosionsdarstellung zu 13,
15 eine radiale Ansicht zu 13,
16 einen Schnitt A-A zu 15,
17 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizmoduls,
18 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Heizmoduls von 17 mit Gehäuse,
19 eine perspektivische Ansicht des zusammengesetzten Heizmoduls von 17,
20 eine Aufsicht zu 18 mit dem Heizmodul in einem Gehäuse mit rechteckigem Querschnitt,
21 einen Schnitt A-A zu 20,
22 eine Seitenansicht des Federbügels von 17,
23 eine erste Abwandlung zu 22 und
24 eine zweite Abwandlung zu 23.
Das in 1 in einer perspektivischen Ansicht dargestellte elektrische Heizmodul 1 zum elektrischen Erwärmen eines in einer Strömungsrichtung 2 strömenden Luftstroms 3, insbesondere zum Heizen und Belüften eines Sitzes, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst einen luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich 4 mit darin angeordneten wärmeleitenden Lamellen. Die Lamellen umfassen dabei zwei unterschiedliche Ausführungsformen in Kombination, nämlich drei Lamellenbänder 5, die als nebeneinander angeordnete Lamellenband-Module ausgebildet sind, und zwei feste Lamellenprofile 6. Die Lamellenbänder 5 können beispielsweise mäanderförmig, rechteckförmig, z-förmig oder s-förmig zu Lamellenbandmodulen gefaltet sein, beispielsweise wie in der WO 2009/087106 A1 beschrieben. In der 1 ist eine besonders vorteilhafte Weiterbildung einer solchen Lamellenfaltung dargestellt. Die Lamellenbänder 5 sind im zentralen Bereich des Wärmeabgabebereichs 4 innerhalb eines Rahmens 7 angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung 2 angeordnet ist. Die Lamellenprofile 6 sind im Außenbereich des Wärmeabgabebereichs 4 angeordnet. Insbesondere kann nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wie dargestellt vorgesehen sein, dass die Lamellenprofile 6 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind, um einen optimierten Aufbau und eine gute Heizleistung des Heizmoduls 1 zu erzielen.
Die Lamellenbänder 5 und die Lamellenprofile 6 stehen mit einem oder mehreren PTC-Heizelementen, die in 2 zu erkennen sind, in wärmeleitender Verbindung und sind mit diesen und dem Rahmen 7 zu dem Modul 1 zusammengefasst. Die elektrische Kontaktierung der PTC-Heizelemente erfolgt mittels Kontaktelementen 8. Die Einzelteile des Heizmoduls 1 werden mit Federelementen 9 zusammengehalten, welche die Lamellenbänder 5, die Lamellenprofile 6 und die PTC-Heizelemente zusammendrücken.
Aus strömungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 axial stromauf bzw. stromab zu dem Luftstrom 3 weisen. Im Unterschied zu Heizmodulen der runden Bauart nach dem Stand der Technik ist es ferner vorteilhaft, wenn wie in 1 dargestellt die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 in dem Heizmodul 1 nicht in radialer Richtung (quer zu Strömungsrichtung 2), sondern als Sehne oder Sekante in dem Wärmeabgabebereich 4 verlaufen. Hierdurch können die Lamellen, insbesondere die Lamellenbänder 5 mit hoher Genauigkeit an vorgegebenen Stellen angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in den Lamellenbändern 5 und/oder den Lamellenprofilen 6 Luftdurchtrittsöffnungen mit rechteckigen und zumindest bereichsweise gleichmäßig gleichen Querschnitten realisiert werden können, was sowohl für einen geringen Luftwiderstand des Heizmoduls 1 als für eine hohe Wärmeleistung vorteilhaft ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei wie dargestellt zur Vermeidung von Verwirbelungen vorgesehen sein, dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 jeweils zueinander parallel sind, vorzugsweise dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und der Lamellenprofile 6 zueinander parallel sind.
Umlenkungen und Verwirbelungen im Luftstrom 3, die sich druckerhöhend auswirken, werden ferner nach einem anderen vorteilhaften dargestellten Merkmal vermieden, wenn die (sich in axialer Richtung, d. h. in Strömungsrichtung 2 erstreckenden) Breitseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 nicht gegen die axiale Richtung und somit nicht gegen die direkte Luftströmungsrichtung 2 gekippt oder verdreht sind, sondern axial in dem Heizmodul 1 verlaufen.
Ein einfacher Aufbau des Heizmoduls 1 ergibt sich, wenn es mehrere jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasste Lamellenbänder 5 aufweist und die Lamellenband-Module in dem Rahmen 7 mit ihren Längsseiten, die in einer Ebene quer und axial zur Strömungsrichtung 2 verlaufen, nebeneinander liegend und/oder mit diesen Längsseiten jeweils untereinander in thermischer Verbindung stehend angeordnet sind. Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist drei solche Lamellenband-Module auf.
Eine nahezu maximal große Fläche des von dem Rahmen 7 abgedeckten Wärmeabgabebereichs 4 wird erzielt, wenn wie in 1 dargestellt der Rahmen 7 rechteckig ist und die Ecken des Rechtecks dicht an der Außenkontur des Heizmoduls 1 angeordnet sind. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs 4 ringförmig, d. h. im Wesentlichen rund, kreisrund, elliptisch oder stadionförmig ausgebildet.
Rippen des Lamellenprofils 6 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in ihrem Außenbereich paarweise geschlossen, sodass sich hier eine besonders hohe Stabilität der Rippen ergibt. Diese Ausführungsform ist beispielsweise bevorzugt, wenn das Heizmodul 1 in ein Gehäuse oder einen Strömungskanal mit konstantem, d. h. sich im Bereich des Heizmoduls 1 nicht in Strömungsrichtung 2 verjüngendem oder verbreiterndem Querschnitt eingesetzt wird, d. h. bei der runden Bauart beispielsweise in ein zylindrisches Gehäuse bzw. in einen zylindrischen Strömungskanal. Zum Führen des Heizmoduls 1 in einem Gehäuse (nicht dargestellt) können beispielsweise auf der Außenseite des Lamellenprofils 6 ein oder mehrere Stege (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die in entsprechende Führungsnuten in dem Gehäuse eingreifen, oder das Gehäuse weist an seiner Innenseite ein oder mehrere Stege auf, die zwischen die Rippen eingreifen, die somit zugehörige Führungsnuten bilden.
Die 2 zeigt in einer perspektivischen, gegenüber der Darstellung in 1 um 180 Grad gedrehten Explosionsdarstellung des Heizmoduls 1 weitere vorteilhafte Merkmale des Heizmoduls 1 von 1. Man erkennt hier gut, dass das Heizmodul 1 zwei Lamellenprofile 6 aufweist, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind. Ferner sind gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal die Lamellenbänder 5 im Innern des Rahmens 7 und die Lamellenprofile 6 auf der Außenseite des Rahmens 6 angeordnet.
Der Rahmen 7 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff. Zur Verbesserung der Wärmeleitung zwischen den PTC-Heizelementen 10, den Lamellenbändern 5 und den Lamellenprofilen 6 wird der Rahmen 7 bevorzugt aus einem elektrisch nicht leitenden, aber wärmeleitfähigen Kunststoff gefertigt. Derartige Kunststoffe sind beispielsweise bei Lati Industria Termoplastici S. p. A., Vedano Olona/Italien erhältlich. Dazu gehören beispielsweise Typen mit elektrisch leitfähiger Einstellung auf Basis von Polypropylen (PP), Polyphenylensulfid (PPS), Polyamid 6 (PA6) und Polyurethan (PUR) sowie elektrisch isolierend eingestellte Compounds (Basiskunststoffe PP und PA12). Mit Hilfe spezieller Füllstoffe, beispielsweise mit bis zu 70 Gewichtsprozent Grafit, erreichen die Kunststoffe eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 15 W/m·K und eignen sich daher für wärmeleitende Anwendungen, bei denen bisher üblicherweise Metalle wie Aluminium zum Einsatz kamen. Auch die Lamellen, insbesondere die Lamellenprofile 6 können prinzipiell aus solchen wärmeleitenden Kunststoffen gefertigt werden.
Die PTC-Heizelemente 10 sind in dem Rahmen 7 angeordnet, d. h. in Öffnungen 11 in den Rahmen 7 eingesetzt, und stehen sowohl mit den im Innern des Rahmens 7 angeordneten Lamellenbändern 5 als auch mit den auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordneten Lamellenprofilen 6 in wärmeleitender Verbindung. Dadurch kann die von dem PTC-Heizelement 10 bei Stromfluss erzeugte Wärme an die Lamellenbänder 5 und die Lamellenprofile 6 abgegeben werden. Der Rahmen 7 nimmt sozusagen die PTC-Heizelemente 10 in einer Trennebene auf, die von dem Rahmen 7 zwischen den Lamellenbändern 5 und den Lamellenprofilen 6 gebildet wird.
Der Rahmen 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweigeteilt, wobei beide Rahmenhälften jeweils u-förmig ausgebildet sind. Die PTC-Heizelemente 10 sind vorzugsweise in den U-Rücken 12 der Rahmenhälften angebracht. Die U-Schenkel 13 der Rahmenhälften weisen aufeinander zu und sind gegeneinander verschiebbar, um thermische Ausdehnungen ausgleichen zu können. Sie werden dabei durch die Innenseiten der Lamellenprofile 6 geführt. Eine solche Ausführungsform ist bei runden Strömungsquerschnitten bevorzugt. Die zwei Lamellenprofile 6 sind in etwa bogenförmig ausgebildet auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordnet. Sie sind mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens 7 und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs angepasst, um den vorhandenen Platz optimal ausnutzen zu können.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich innerhalb des Rahmens 7 drei Lamellenbänder 5, die jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasst sind, die parallel nebeneinander liegen. Ferner ist in jeweils einem der U-Rücken 12 ein PTC-Heizelement 10 angeordnet (siehe auch 4). Dabei kann, wie in 4 dargestellt ist, jeweils zwischen einem PTC-Heizelement 10 und dem daran angrenzenden Lamellenband 5 bzw. Lamellenband-Modul noch ein sogenanntes Auflageelement 14 angeordnet sein, das elektrisch und thermisch leitend ist, d. h. vorzugsweise aus Metall besteht, und insbesondere der mechanischen Anpassung und der Verteilung von Kräften dient.
Zum gemeinsamen elektrischen Kontaktieren der zwei PTC-Heizelemente 10 würden die zwei jeweils auf der Außenseite eines PTC-Heizelements 10, d. h. auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordneten Kontaktelemente 8 ausreichen, die elektrisch und thermisch leitend sind, d. h. vorzugsweise aus Metall bestehen. In diesem Fall würde sich ein Heizmodul 1 mit zwei gemeinsam betreibbaren PTC-Heizelementen 10, d. h. mit einer Heizstufe ergeben. Wenn wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt zwischen zwei Lamellenbänder 5 bzw. Lamellenband-Modulen, d. h. innerhalb des Rahmens 7 ein weiteres Kontaktelement 8 angeordnet wird, können die zwei PTC-Heizelemente 10 getrennt voneinander mit Strom versorgt werden, sodass sich ein Heizmodul mit mehreren Heizstufen ergibt.
Bei einem erfindungsgemäßen Heizmodul 1 können die thermischen Ausdehnungen durch eine Verschiebbarkeit von Lamellenbändern 5, Rahmen 7 und Lamellenprofilen 6 kompensiert und ausgeglichen werden, wobei sowohl der innige wärmeleitende Kontakt zwischen den PTC-Heizelementen 10 und den Lamellenbändern 5 und der innige wärmeleitende Kontakt zwischen den PTC-Heizelementen 10 und den Lamellenprofilen 6 als auch die gute elektrische Kontaktierung der PTC-Heizelemente 10 erhalten bleibt. Hierzu weist das erfindungsgemäße Heizmodul 1 Federelemente 9 auf, die zum Zusammendrücken der Lamellenbänder 5 bzw. Lamellenband-Module, der Lamellenprofile 6 und der PTC-Heizelemente 10 ausgebildet sind.
Gemäß einem bevorzugten weiteren Merkmal ist dabei wie in 2 dargestellt vorgesehen, dass die Federelemente 9 in die Lamellenprofile 6 eingreifen und diese unter Vorspannung belastet zusammendrücken, wobei die von den Federelementen 9 zusammengedrückten Lamellenprofile 6 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind. Hierdurch ist der Aufbau leicht zu herzustellen und im Falle der Entsorgung wieder leicht zu demontieren, und es werden in einfacher und zuverlässiger Weise mit wenigen Federelementen 9 die erforderlichen Bauteile, einschließlich Lamellenbänder 5, Rahmen 7, Lamellenprofile 6, PTC-Heizelemente 10, Auflageelemente 14 und Kontaktelemente 8 federbelastet beweglich zusammengehalten. Wenn die Federelemente 9 statt an den Lamellenprofilen 6 beispielsweise an dem Rahmen 7 angreifen, sind zusätzliche Federelemente erforderlich, um auch die anderen Komponenten in dem Heizmodul 1 zusammenzuhalten, wodurch sich ein höherer Fertigungsaufwand ergibt. Die Wirkungsklemmrichtung der Federelemente 9 ist dabei vorteilhafterweise entgegen der thermischen Ausdehnungsrichtung der Komponenten des Heizmoduls 1 und entgegengesetzt zur Verschiebe- bzw. Führungsrichtung, die die Komponenten des Heizmoduls 1 bei thermischer Ausdehnung in dem Heizmodul 1 haben.
Insbesondere bei runden Strömungsquerschnitten, d. h. bei Heizmodulen 10 der runden Bauart, werden die Federelemente 9 wie in 2 dargestellt quer zur Strömungsrichtung 2 versetzt neben dem Rahmen 7 angeordnet. Dabei werden die Federelemente 9 wie in 2 dargestellt bevorzugt als Federbügel oder Federklammer aus einem flachen Federmaterial ausgebildet und greifen an sich gegenüberliegenden Enden der Lamellenprofile 6 an.
Ein besonders vorteilhaftes Merkmal kann, insbesondere bei ringförmiger bzw. runder Außenkontur des Wärmeabgabebereichs 4, wie in 2 dargestellt darin bestehen, dass die PTC-Heizelemente 10 nicht im Kern oder Strömungszentrum des Wärmeabgabebereichs 4 angeordnet, sondern quer zur Strömungsrichtung 2 nach außen versetzt sind, nämlich in 2 in die U-Rücken 12. Hierdurch wird eine optimale beidseitige Luftumströmung der PTC-Heizelemente 10 ermöglicht, nämlich sowohl auf ihrer den Lamellenbändern 5 zugewandten Seite als auch auf der dem jeweils angrenzenden Lamellenprofil 6 zugewandten Seite. Ferner kann hierdurch eine symmetrische Wärmeabfuhr aus den PTC-Heizelementen 10 in die Lamellenbänder 5 und die Lamellenprofile 6 realisiert werden, was insbesondere bei der Verwendung des Heizmoduls 1 mit einem Axiallüfter zweckmäßig ist.
Die 3 zeigt eine radiale Ansicht zu 1 und die 4 einen Schnitt A-A zu 3, die weitere Details des Heizmoduls 1 von 1 und 2 erkennen lassen.
In 5 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizmoduls 1 dargestellt. Es unterscheidet sich von dem in den 1 bis 4 dargestellten Heizmodul nur in zwei Merkmalen. Zum einen sind nur zwei Kontaktelemente 8 in den U-Rücken 12 des Rahmens 7 vorgesehen, aber kein Kontaktelement zwischen benachbarten Lamellenbändern 5 im Innern des Rahmens 7. Das Heizmodul 1 von 5 weist daher nur einen Heizkreis bzw. nur eine Heizstufe auf. Zum anderen sind die Rippen des Lamellenprofils 6 in ihrem Außenbereich offen und nicht paarweise verbunden. Diese offene, geschlitzte Ausbildung der Rippen des Lamellenprofils 6 ist beispielsweise bevorzugt, wenn das Heizmodul 1 in ein Gehäuse oder einen Strömungskanal mit sich im Bereich des Heizmoduls 1 verjüngendem oder verbreiterndem Querschnitt, also in ein konisches Gehäuse eingesetzt wird. Der Luftstrom wird dann nämlich zusammengedrückt und kann, da die Strömung nicht durch Querverbindungen am Ende der Rippen behindert wird, besser zwischen die Lamellen des Lamellenprofils 6 strömen, wobei das Lamellenprofil 6 weiterhin eine zylindrische oder quaderförmige Außenform haben kann. Zum Führen des Heizmoduls 1 in einem Gehäuse (nicht dargestellt) können auch bei zum Rand hin offenen Lamellenprofilen 6 beispielsweise auf der Außenseite des Lamellenprofils 6 ein oder mehrere Stege (nicht dargestellt, gebildet durch Fortsätze an den Lamellen oder durch die Lamellen selbst) vorgesehen sein, die in entsprechende Führungsnuten in dem Gehäuse eingreifen, oder das Gehäuse weist an seiner Innenseite ein oder mehrere Stege auf, die zwischen die Rippen eingreifen, die somit zugehörige Führungsnuten bilden.
Die 6 zeigt eine perspektivische Teilexplosions-Ansicht, die 7 eine perspektivische Explosions-Ansicht und die 8 eine axiale Explosions-Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizmoduls 1. Es unterscheidet sich von dem in der 5 dargestellten Heizmodul nur darin, dass es ein Kontaktelement 8 zwischen zwei benachbarten Lamellenbändern 5 im Innern des Rahmens 7 aufweist. Das Heizmodul 1 der 6 bis 8 weist daher zwei getrennt schaltbare Heizkreise auf, mit denen sich zwei oder drei Heizstufen realisieren lassen.
Die 9 zeigt eine axiale Ansicht des Heizmoduls 1 von 5 in einem Luftkanal oder Gehäuse 16 mit rundem Querschnitt, gesehen von der Lufteintrittsseite des Heizmoduls 1, die 10 einen Schnitt A-A zu 9, die 11 eine axiale Ansicht des Heizmoduls 1 von 5 in einem Luftkanal mit rundem Querschnitt, gesehen von der Luftaustrittsseite des Heizmoduls 1, und die 12 eine radiale Aufsicht zu 11. Der Übersichtlichkeit halber sind die Lamellenbänder 5 nicht dargestellt, daher zeigen die 9 bis 11 gleichzeitig auch Ansichten des Heizmoduls 1 der 6.
Das Heizmodul 1 ist vorteilhafterweise in ein luftdurchströmbares Gehäuse 16 integriert. Es kann ein Schutzgitter 17 aufweisen, das wie dargestellt auf der Luftaustrittsseite angeformt oder anderweitig dort angebracht sein kann. Es kann alternativ oder zusätzlich auf der Lufteintrittsseite angeordnet sein. Die elektrischen Anschlüsse der PTC-Heizelemente 10 bzw. der Kontaktelemente 8, d. h. die Anschlussfahnen der Kontaktelemente 8, die beispielsweise zum Aufstecken von Kabelschuhen ausgebildet sind, werden in allen Ausführungsformen vorteilhafterweise auf der Lufteintrittsseite des Heizmoduls 1 angeordnet, d. h. auf der kühleren Seite, um Probleme durch ihre Erwärmung zu vermeiden.
Die Enden mancher Rippen sind als Stege 18 ausgebildet oder dienen als solche, um das Heizmodul 1 verdrehsicher in entsprechenden Führungsnuten 19 in dem Gehäuse 16 zu führen. Die Stege 18 greifen in korrespondierende Führungsnuten 19 auf der Innenseite des Gehäuses 16 ein, die beispielsweise von Nasen oder Stegen gebildet werden können. Die axiale Positionierung des Heizmoduls 1 in dem Gehäuse 16 erfolgt mittels federnd auslenkbarer Rasthaken 19, die sich beim Einschieben des Heizmoduls 1 in das Gehäuse 16 durch ihre Anschrägung zuerst spreizen und dann zurückschnappen, um das Heizmodul 1 zwischen den Rasthaken 19 und dem Schutzgitter 17 zu halten.
Die 13 bis 16 zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizmoduls 1, 13 in einer perspektivischen Ansicht, 14 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung, 15 in einer radialen Ansicht und 16 in einem Schnitt A-A. Es entspricht dem Ausführungsbeispiel der 6, mit zwei Unterschieden. Zum einen weisen die Lamellenbänder 5 eine bekannte, z-förmige Faltung auf. Zum anderen ist es aus zwei in Strömungsrichtung 2 hintereinander angeordneten Heizmodulen zusammengesetzt ist, wobei die Lamellenbänder 5, die Lamellenprofile 6 und die Rahmen 7 der einzelnen Heizmodule jeweils in Strömungsrichtung 2 hintereinander fluchtend ausgerichtet sind. Allgemein kann es bei einem erfindungsgemäßen Heizmodul 1 zur Erzielung einer hohen Heizleistung bei engen Querschnitten des luftdurchströmten Gehäuses 16 vorteilhaft sein, wenn es aus zwei oder mehr in Strömungsrichtung 2 hintereinander angeordneten Heizmodulen zusammengesetzt ist, wobei die Lamellenbänder 5, die Lamellenprofile 6 und die Rahmen 7 der einzelnen Heizmodule jeweils in Strömungsrichtung 2 hintereinander fluchtend ausgerichtet sind, um eine geringen Strömungswiderstand und einen einfachen Aufbau zu erzielen.
Dabei kann es wie in 14 zu erkennen ist, vorteilhaft sein, für die hintereinander geschalteten Heizmodule einen gemeinsamen Rahmen 7 und/oder gemeinsame PTC-Heizelemente 10 vorzusehen, um unter Bewahrung des flexiblen, durch die Federelemente 9 federnd zusammengehaltenen Aufbaus Bauteile einzusparen. Ferner kann es aus diesem Grund vorteilhaft sein, wenn mindestens zwei der auf einer Seite der Rahmen 7 bzw. des Rahmens 7 hintereinander liegend angeordneten Lamellenprofile 6 zu einen gemeinsamem, einstückigen Lamellenprofil zusammengefasst sind. In 13 wären dies die beiden oberen oder die beiden unteren Lamellenprofile 6, die hier einzeln dargestellt sind. Auch in diesem Fall können die dem zusammengefassten Lamellenprofil gegenüberliegenden zwei anderen Lamellenprofile 6 aufgrund ihrer separaten Federelemente 9 unabhängig voneinander thermische Ausgleichsbewegungen durchführen.
Die 17 bis 21 zeigen ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Heizmoduls 1, 17 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung, 18 in einer perspektivischen Explosionsdarstellung mit Gehäuse, 19 in einer perspektivischen Ansicht des zusammengesetzten Heizmoduls ohne Gehäuse, 20 in einer Aufsicht mit dem Heizmodul 1 in einem Gehäuse 16 oder Luftkanal mit rechteckigem Querschnitt und in 21 in einem Schnitt A-A. In der Explosionsdarstellung der 18 ist zur besseren Erkennbarkeit das obere Lamellenprofil 6 über dem Gehäuse 16, d. h. außerhalb des Gehäuses 16 dargestellt; in dem zusammengesetzten Heizmodul 1 befindet es sich jedoch innerhalb des Gehäuses 16, wie für das untere Lamellenprofil 6 in 18 und für beide Lamellenprofile 6 in 21 dargestellt ist.
Wie die in den 1 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispiele ist das Heizmodul 1 gemäß den 17 bis 21 zum elektrischen Erwärmen eines in einer Strömungsrichtung 2 strömenden Luftstroms 3, insbesondere zum Heizen und Belüften eines Sitzes, vorgesehen und umfasst einen luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich 4 mit darin angeordneten wärmeleitenden Lamellen. Die Lamellen umfassen dabei zwei unterschiedliche Ausführungsformen in Kombination, nämlich drei Lamellenbänder 5, die als nebeneinander angeordnete Lamellenband-Module ausgebildet sind, und zwei feste Lamellenprofile 6. Die Lamellenbänder 5 können beispielsweise mäanderförmig, rechteckförmig, z-förmig oder s-förmig zu Lamellenbandmodulen gefaltet sein, beispielsweise wie in der WO 2009/087106 A1 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiels ist eine besonders vorteilhafte Weiterbildung einer solchen Lamellenfaltung dargestellt. Die Lamellenbänder 5 sind im zentralen Bereich des Wärmeabgabebereichs 4 innerhalb eines Rahmens 7 angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung 2 angeordnet ist. Die Lamellenprofile 6 sind im Außenbereich des Wärmeabgabebereichs 4 angeordnet. Insbesondere kann nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wie dargestellt vorgesehen sein, dass die Lamellenprofile 6 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind, um einen optimierten Aufbau und eine gute Heizleistung des Heizmoduls 1 zu erzielen.
Im Unterschied zu den in den 1 bis 16 dargestellten Ausführungsbeispielen umfasst der rechteckige Rahmen 7 der 17 bis 21 zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile 20, wobei die Rahmenlängsteile 20 unter der Vorspannung der Federelemente 9 quer 2 zur Strömungsrichtung des Luftstroms 3 gegeneinander verschiebbar sind. Diese Bauart ist insbesondere bei sehr kompakten Heizmodulen 1 und bei Heizmodulen 1 für rechteckige Strömungsquerschnitte oder Gehäuse 16 vorteilhaft. Entsprechend kann die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs 4 allgemein rechteckig oder vieleckig sein. Die PTC-Heizelemente 10 sind in den Rahmenlängsteilen 20, die den U-Rücken 12 der Ausführungsbeispiele der 1 bis 16 entsprechen, untergebracht.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften dargestellten Merkmal kann der Rahmen 7 rechteckig sein und vier gerade Rahmenteile aufweisen, umfassend zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile 20 und zwei die Rahmenlängsteile 20 an ihren Enden verbindende Rahmenverbindungsteile 21, wobei die Rahmenlängsteile 20 unter der Vorspannung der Federelemente 9 gegeneinander verschiebbar in den Rahmenverbindungsteilen 21 verschiebbar geführt sind. Um diesen Zusammenhalt des Rahmens 7 mit Spiel und eine einfache Montage zu ermöglichen, weisen die Rahmenverbindungsteile 21 beispielsweise Rastnasen 22 auf, die korrespondierende Stege in den Rahmenlängsteilen 20 hintergreifen. Ferner kann das Heizmodul 1 vorteilhafterweise zwei gerade ausgebildete Lamellenprofile 6 umfassen, die auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordnet sind und mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens 7 und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs 4 angepasst sind.
Insbesondere bei einer recheckigen Bauart gemäß den 17 bis 21 können die Federelemente 9 vorteilhafterweise in Strömungsrichtung 2 versetzt vor und/oder hinter dem Rahmen 7 angeordnet werden, um eine gute Klemmwirkung der Federelemente 9 und einen kompakten, den zur Verfügung stehenden Raum gut ausnutzenden Aufbau zu erzielen. Sowohl in den 1 bis 16 als auch in den 17 bis 21 können die Federelemente 9 als Federbügel oder Federklammer aus einem flachen Federmaterial (dargestellt in den 1 bis 16) oder aus einem runden Federmaterial (dargestellt in den 17 bis 21) ausgebildet sein. Die 22 zeigt das Federelement der 17 bis 21, die 23 und 24 abgewandelte Ausführungsbeispiele.
Die weitere Ausgestaltung des in den 17 bis 21 dargestellten Ausführungsbeispiels kann wie zu den 1 bis 16 beschrieben erfolgen. Dies betrifft insbesondere folgende Merkmale.
Die Lamellenbänder 5 und die Lamellenprofile 6 stehen mit einem oder mehreren PTC-Heizelementen 10 in wärmeleitender Verbindung und sind mit diesen und dem Rahmen 7 zu dem Modul 1 zusammengefasst. Die elektrische Kontaktierung der PTC-Heizelemente 10 erfolgt mittels Kontaktelementen 8. Die Einzelteile des Heizmoduls 1 werden mit Federelementen 9 zusammengehalten, welche die Lamellenbänder 5, die Lamellenprofile 6 und die PTC-Heizelemente 10 zusammendrücken.
Aus strömungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 axial stromauf bzw. stromab zu dem Luftstrom 3 weisen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 als Sehne oder Sekante in dem Wärmeabgabebereich 4 verlaufen. Hierdurch können die Lamellen, insbesondere die Lamellenbänder 5 mit hoher Genauigkeit an vorgegebenen Stellen angeordnet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in den Lamellenbändern 5 und/oder den Lamellenprofilen 6 Luftdurchtrittsöffnungen mit rechteckigen und zumindest bereichsweise gleichmäßig gleichen Querschnitten realisiert werden können, was sowohl für einen geringen Luftwiderstand des Heizmoduls 1 als für eine hohe Wärmeleistung vorteilhaft ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann dabei zur Vermeidung von Verwirbelungen vorgesehen sein, dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und/oder der Lamellenprofile 6 jeweils zueinander parallel sind, vorzugsweise dass die Schmalseiten der Lamellenbänder 5 und der Lamellenprofile 6 zueinander parallel sind.
Ein einfacher Aufbau des Heizmoduls 1 ergibt sich, wenn es mehrere jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasste Lamellenbänder 5 aufweist und die Lamellenband-Module in dem Rahmen 7 mit ihren Längsseiten, die in einer Ebene quer und axial zur Strömungsrichtung 2 verlaufen, nebeneinander liegend und/oder mit diesen Längsseiten jeweils untereinander in thermischer Verbindung stehend angeordnet sind. Das in den 17 bis 21 dargestellte Ausführungsbeispiel weist nur ein solches Lamellenband-Modul auf.
Eine nahezu maximal große Fläche des von dem Rahmen 7 abgedeckten Wärmeabgabebereichs 4 wird erzielt, wenn der der Rahmen 7 rechteckig ist und die Ecken des Rechtecks dicht an der Außenkontur des Heizmoduls 1 angeordnet sind.
Rippen des Lamellenprofils 6 sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 17 in ihrem Außenbereich paarweise geschlossen, sodass sich hier eine besonders hohe Stabilität der Rippen ergibt. Zum Führen des Heizmoduls 1 in dem Gehäuse 16 können beispielsweise auf der Außenseite des Lamellenprofils 6 ein oder mehrere Stege 18 vorgesehen sein, die in entsprechende Führungsnuten in dem Gehäuse 16 eingreifen, oder das Gehäuse 16 weist an seiner Innenseite ein oder mehrere Stege 18 auf, die zwischen die Rippen eingreifen, die somit zugehörige Führungsnuten bilden.
Das Heizmodul 1 der 17 bis 21 weist zwei Lamellenprofile 6 auf, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind. Ferner sind gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal das Lamellenband 5 im Innern des Rahmens 7 und die Lamellenprofile 6 auf der Außenseite des Rahmens 6 angeordnet. Der Rahmen 7 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff. Die PTC-Heizelemente 10 sind in dem Rahmen 7 angeordnet, d. h. in Öffnungen 11 in den Rahmen 7 eingesetzt, und stehen sowohl mit dem im Innern des Rahmens 7 angeordneten Lamellenband 5 als auch mit den auf der Außenseite des Rahmens 7 angeordneten Lamellenprofilen 6 in wärmeleitender Verbindung. Dadurch kann die von dem PTC-Heizelement 10 bei Stromfluss erzeugte Wärme an das Lamellenband 5 und die Lamellenprofile 6 abgegeben werden. Der Rahmen 7 nimmt sozusagen die PTC-Heizelemente 10 in einer Trennebene auf, die von dem Rahmen 7 zwischen dem Lamellenband 5 und den Lamellenprofilen 6 gebildet wird.
Der Rahmen 7 könnte auch zweigeteilt sein, wobei beide Rahmenhälften jeweils u-förmig ausgebildet sind. Die PTC-Heizelemente 10 sind in diesem Fall vorzugsweise in den U-Rücken der Rahmenhälften angebracht und die U-Schenkel der Rahmenhälften weisen aufeinander zu und sind gegeneinander verschiebbar, um thermische Ausdehnungen ausgleichen zu können. Sie könnten dabei durch die Innenseiten der Lamellenprofile 6 oder durch das Gehäuse 16 geführt werden.
Im Inneren des Rahmens 7 können sich auch mehrere Lamellenbänder 5, die jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasst sind, befinden, die parallel nebeneinander liegen. Die PTC-Heizelemente 10 sind bevorzugt im Rahmen 7 angeordnet. Dabei kann jeweils zwischen einem PTC-Heizelement 10 und dem daran angrenzenden Lamellenband 5 bzw. Lamellenband-Modul noch ein Auflageelement 14 angeordnet sein, das elektrisch und thermisch leitend ist, d. h. vorzugsweise aus Metall besteht, und insbesondere der mechanischen Anpassung und der Verteilung von Kräften dient.
Zum elektrischen Kontaktieren der PTC-Heizelemente 10 können entsprechend zu den bei den 1 bis 17 beschriebenen Varianten Kontaktelemente 8 vorgesehen sein, die elektrisch und thermisch leitend sind, d. h. vorzugsweise aus Metall bestehen. Auch bei dem Ausführungsbeispiel der 17 bis 21 können auf diese Weise ein oder mehrere Heizstufen realisiert werden.
Auch bei einem erfindungsgemäßen Heizmodul 1 gemäß den 17 bis 21 können die thermischen Ausdehnungen durch eine Verschiebbarkeit von Lamellenbändern 5, Rahmen 7 und Lamellenprofilen 6 kompensiert und ausgeglichen werden, wobei sowohl der innige wärmeleitende Kontakt zwischen den PTC-Heizelementen 10 und dem Lamellenband 5 bzw. mehreren Lamellenbändern und der innige wärmeleitende Kontakt zwischen den PTC-Heizelementen 10 und den Lamellenprofilen 6 als auch die gute elektrische Kontaktierung der PTC-Heizelemente 10 erhalten bleibt. Hierzu dienen die Federelemente 9, die zum Zusammendrücken der Lamellenbänder 5 bzw. Lamellenband-Module, der Lamellenprofile 6 und der PTC-Heizelemente 10 ausgebildet sind.
Die Federelemente 9 greifen bevorzugt in die Lamellenprofile 6 ein und drücken diese unter Vorspannung belastet zusammen, wobei die von den Federelementen 9 zusammengedrückten Lamellenprofile 6 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens 7 außerhalb des Rahmens 7 angeordnet sind. Hierdurch ist der Aufbau leicht zu herzustellen und im Falle der Entsorgung wieder leicht zu demontieren, und es werden in einfacher und zuverlässiger Weise mit wenigen Federelementen 9 die erforderlichen Bauteile, einschließlich Lamellenbänder 5, Rahmen 7, Lamellenprofile 6, PTC-Heizelemente 10, Auflageelemente 14 und Kontaktelemente 8 federbelastet beweglich zusammengehalten. Wenn die Federelemente 9 statt an den Lamellenprofilen 6 beispielsweise an dem Rahmen 7 angreifen, sind zusätzliche Federelemente erforderlich, um auch die anderen Komponenten in dem Heizmodul 1 zusammenzuhalten, wodurch sich ein höher Fertigungsaufwand ergibt. Die Wirkungsklemmrichtung der Federelemente 9 ist dabei vorteilhafterweise entgegen der thermischen Ausdehnungsrichtung der Komponenten des Heizmoduls 1 und entgegengesetzt zur Verschiebe- bzw. Führungsrichtung, die die Komponenten des Heizmoduls 1 bei thermischer Ausdehnung in dem Heizmodul 1 haben.
Insbesondere bei rechteckigen Strömungsquerschnitten, d. h. bei Heizmodulen 10 der rechteckigen Bauart, werden die Federelemente 9 vorteilhafterweise in Strömungsrichtung 2 versetzt vor und/oder hinter dem Rahmen 7 angeordnet. Dabei werden die Federelemente 9 wie dargestellt bevorzugt als Federbügel oder Federklammer aus einem flachen Federmaterial ausgebildet und greifen an sich gegenüberliegenden Enden der Lamellenprofile 6 an. Ferner können auch mehrere Heizmodule der in den 17 bis 21 dargestellten Bauart hintereinander angeordnet werden.
Wesentliche Merkmale erfindungsgemäßer Heizmodule und ihrer bevorzugten weiteren Ausgestaltungen und Weiterbildungen, die in der vorstehenden Beschreibung einschließlich der zugehörigen Figuren beschrieben sind, lassen sich wie folgt nach der Art von Schutzansprüchen in einer Gliederung formulieren, die mögliche Kombinationen vorteilhafter Merkmale besser deutlich macht als die alleinige Beschreibung jeweils einzelner Ausführungsbeispiele:

1. Elektrisches Heizmodul (1) zum elektrischen Erwärmen eines Luftstroms (3), insbesondere zum Heizen und Belüften eines Sitzes, mit mindestens einem PTC-Heizelement (10) und mindestens einem luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich (4) mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem PTC-Heizelement (10) in wärmeleitender Verbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen des Heizmoduls (1) sowohl mindestens ein Lamellenband (5) als auch mindestens ein festes Lamellenprofil (6) umfassen, die in dem Wärmeabgabebereich (4) angeordnet sind, wobei das Lamellenband (5) im zentralen Bereich des Wärmeabgabebereichs (4) innerhalb eines Rahmens (7) angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung (2) angeordnet ist, das Lamellenprofil (6) im Außenbereich des Wärmeabgabebereichs (4) angeordnet ist und das Heizmodul (1) Federelemente (9) aufweist, die zum Zusammendrücken des Lamellenbandes (5), des Lamellenprofils (6) und des PTC-Heizelements (10) ausgebildet sind.
2. Heizmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) axial stromauf bzw. stromab zu dem Luftstrom (3) weisen.
3. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) nicht in radialer Richtung, sondern als Sehne oder Sekante in dem Wärmeabgabebereich (4) verlaufen.
4. Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) jeweils zueinander parallel sind.
5. Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und des Lamellenprofils (6) zueinander parallel sind.
6. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) nicht gegen die axiale Richtung und somit nicht gegen die direkte Luftströmungsrichtung (2) gekippt oder verdreht sind, sondern axial in dem Heizmodul (10) verlaufen.
7. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lamellenprofil (5) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet ist.
8. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen des Lamellenprofils (6) in ihrem Außenbereich offen sind.
9. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen des Lamellenprofils (6) in ihrem Außenbereich paarweise geschlossen sind.
10. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasste Lamellenbänder (5) aufweist und die Lamellenband-Module in dem Rahmen (7) mit ihren Längsseiten, die in einer Ebene quer und axial zur Strömungsrichtung (2) verlaufen, nebeneinander liegend und/oder mit diesen Längsseiten jeweils untereinander in thermischer Verbindung stehend angeordnet sind.
11. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Lamellenprofile (6) aufweist, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (7) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet sind.
12. Heizmodul (1) nach einem der einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und die Ecken des Rechtecks dicht an der Außenkontur des Heizmoduls (10) angeordnet sind.
13. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile (20) umfasst, wobei die Rahmenlängsteile (20) unter der Vorspannung der Federelemente (9) quer zur Strömungsrichtung (2) des Luftstroms gegeneinander verschiebbar sind.
14. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff besteht.
15. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenbänder (5) im Innern des Rahmens (7) und die Lamellenprofile (6) auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind.
16. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PTC-Heizelemente (10) in dem Rahmen (7) angeordnet sind und sowohl mit den im Innern des Rahmens (7) angeordneten Lamellenbändern (5) als auch mit den auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordneten Lamellenprofilen (6) in wärmeleitender Verbindung stehen.
17. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) zweigeteilt ist, wobei beide Rahmenhälften jeweils u-förmig ausgebildet sind.
18. Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die U-Schenkel (13) des Rahmens (7) aufeinander zu weisen und gegeneinander verschiebbar sind.
19. Heizmodul (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die PTC-Heizelemente (10) in den U-Rücken (12) der Rahmenhälften angebracht
20. Heizmodul (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei in etwa bogenförmig ausgebildete Lamellenprofile (6) umfasst, die auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind und mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens (7) und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs (4) angepasst sind.
21. Heizmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und vier gerade Rahmenteile aufweist, umfassend zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile (20) und zwei die Rahmenlängsteile (20) an ihren Enden verbindende Rahmenverbindungsteile (21), wobei die Rahmenlängsteile (20) unter der Vorspannung der Federelemente (9) gegeneinander verschiebbar in den Rahmenverbindungsteilen (21) verschiebbar geführt sind.
22. Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei gerade ausgebildete Lamellenprofile (6) umfasst, die auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind und mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens (7) und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs (4) angepasst sind.
23. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) in Lamellenprofile (6) eingreifen und diese unter Vorspannung belastet zusammendrücken, wobei die von den Federelementen (9) zusammengedrückten Lamellenprofile (6) jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (7) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet sind.
24. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) quer zur Strömungsrichtung (2) versetzt neben dem Rahmen (7) angeordnet sind.
25. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) in Strömungsrichtung (2) versetzt vor und/oder hinter dem Rahmen (7) angeordnet sind.
26. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) als Federbügel oder Federklammer aus einem flachen Federmaterial ausgebildet sind.
27. Heizmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) als Federbügel oder Federklammer aus einem runden Federmaterial ausgebildet sind.
28. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei oder mehr in Strömungsrichtung (2) hintereinander angeordneten Heizmodulen zusammengesetzt ist, wobei die Lamellenbänder (5), die Lamellenprofile (6) und die Rahmen (7) der einzelnen Heizmodule jeweils in Strömungsrichtung (2) hintereinander fluchtend ausgerichtet sind.
29. Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die hintereinander geschalteten Heizmodule einen gemeinsamen Rahmen (7) und/oder gemeinsame PTC-Heizelemente (10) aufweisen.
30. Heizmodul (1) nach einem der Ansprüche 28 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der auf einer Seite der Rahmen (7) hintereinander liegend angeordneten Lamellenprofile (6) zu einen gemeinsamem, einstückigen Lamellenprofil (6) zusammengefasst sind.
31. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs (4) ringförmig, d. h. im Wesentlichen rund, kreisrund, elliptisch oder stadionförmig ausgebildet ist.
32. Heizmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs (4) rechteckig oder vieleckig ausgebildet ist.
33. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement (10) nicht im Kern oder Strömungszentrum des Wärmeabgabebereichs (4) angeordnet, sondern quer zur Strömungsrichtung (2) nach außen versetzt ist.
34. Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in ein Luftdurchströmbares Gehäuse (16) integriert ist.
35. Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilator an dem Gehäuse (16) befestigt oder in dieses eingesetzt ist.
36. Heizmodul (1) nach einem der Ansprüche 34 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) zum Einsetzen in einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, oder zum Einsetzen in einen Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromerwärmung eines Fahrzeuges vorgesehen ist.
37. Verwendung eines elektrischen Heizmoduls (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem belüfteten Sitz als Gebläse mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromerwärmung, insbesondere in einem Fahrzeugsitz, oder in einem Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromerwärmung eines Fahrzeuges.

Bezugszeichenliste

1: Heizmodul
2: Strömungsrichtung
3: Luftstrom
4: Wärmeabgabebereich
5: Lamellenband
6: Lamellenprofil
7: Rahmen
8: Kontaktelement
9: Federelement
10: PTC-Heizelement
11: Öffnung
12: U-Rücken
13: U-Schenkel
14: Auflageelement
15
16: Gehäuse
17: Schutzgitter
18: Steg
19: Rasthaken
20: Rahmenlängsteil
21: Rahmenverbindungsteil
22: Rastnase

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0350528 A1 [0005, 0008]
WO 2009/087106 A1 [0005, 0061, 0087]
EP 1731852 A1 [0008]
US 5192853 [0008]
DE 4215498 A1 [0008]
EP 1574791 A1 [0008]
EP 1479918 A1 [0009]
EP 1464533 A1 [0009]
DE 19851979 A1 [0009]
DE 202005012394 U1 [0011]
EP 1772684 A2 [0011]
EP 1783439 A2 [0011]
WO 2008/092694 A1 [0011]

Claims

Elektrisches Heizmodul (1) zum elektrischen Erwärmen eines Luftstroms (3), insbesondere zum Heizen und Belüften eines Sitzes, mit mindestens einem PTC-Heizelement (10) und mindestens einem luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich (4) mit wärmeleitenden Lamellen, die mit dem PTC-Heizelement (10) in wärmeleitender Verbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen des Heizmoduls (1) sowohl mindestens ein Lamellenband (5) als auch mindestens ein festes Lamellenprofil (6) umfassen, die in dem Wärmeabgabebereich (4) angeordnet sind, wobei das Lamellenband (5) im zentralen Bereich des Wärmeabgabebereichs (4) innerhalb eines Rahmens (7) angeordnet ist, der quer zur Strömungsrichtung (2) angeordnet ist, das Lamellenprofil (6) im Außenbereich des Wärmeabgabebereichs (4) angeordnet ist und das Heizmodul (1) Federelemente (9) aufweist, die zum Zusammendrücken des Lamellenbandes (5), des Lamellenprofils (6) und des PTC-Heizelements (10) ausgebildet sind.
Heizmodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) axial stromauf bzw. stromab zu dem Luftstrom (3) weisen.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) nicht in radialer Richtung, sondern als Sehne oder Sekante in dem Wärmeabgabebereich (4) verlaufen.
Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) jeweils zueinander parallel sind.
Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmalseiten des Lamellenbandes (5) und des Lamellenprofils (6) zueinander parallel sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitseiten des Lamellenbandes (5) und/oder des Lamellenprofils (6) nicht gegen die axiale Richtung und somit nicht gegen die direkte Luftströmungsrichtung (2) gekippt oder verdreht sind, sondern axial in dem Heizmodul (10) verlaufen.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lamellenprofil (5) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet ist.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere jeweils zu einem Lamellenband-Modul zusammengefasste Lamellenbänder (5) aufweist und die Lamellenband-Module in dem Rahmen (7) mit ihren Längsseiten, die in einer Ebene quer und axial zur Strömungsrichtung (2) verlaufen, nebeneinander liegend und/oder mit diesen Längsseiten jeweils untereinander in thermischer Verbindung stehend angeordnet sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Lamellenprofile (6) aufweist, die jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (7) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet sind.
Heizmodul (1) nach einem der einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und die Ecken des Rechtecks dicht an der Außenkontur des Heizmoduls (10) angeordnet sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile (20) umfasst, wobei die Rahmenlängsteile (20) unter der Vorspannung der Federelemente (9) quer zur Strömungsrichtung (2) des Luftstroms gegeneinander verschiebbar sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) aus einem elektrisch nicht leitenden Material, beispielsweise aus Kunststoff besteht.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenbänder (5) im Innern des Rahmens (7) und die Lamellenprofile (6) auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PTC-Heizelemente (10) in dem Rahmen (7) angeordnet sind und sowohl mit den im Innern des Rahmens (7) angeordneten Lamellenbändern (5) als auch mit den auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordneten Lamellenprofilen (6) in wärmeleitender Verbindung stehen.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) zweigeteilt ist, wobei beide Rahmenhälften jeweils u-förmig ausgebildet sind.
Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei in etwa bogenförmig ausgebildete Lamellenprofile (6) umfasst, die auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind und mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens (7) und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs (4) angepasst sind.
Heizmodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (7) rechteckig ist und vier gerade Rahmenteile aufweist, umfassend zwei sich in Längsrichtung eines Lamellenband-Moduls erstreckende, gegenüberliegende Rahmenlängsteile (20) und zwei die Rahmenlängsteile (20) an ihren Enden verbindende Rahmenverbindungsteile (21), wobei die Rahmenlängsteile (20) unter der Vorspannung der Federelemente (9) gegeneinander verschiebbar in den Rahmenverbindungsteilen (21) verschiebbar geführt sind.
Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei gerade ausgebildete Lamellenprofile (6) umfasst, die auf der Außenseite des Rahmens (7) angeordnet sind und mit ihrer Innenseite an die Außenseite des Rahmens (7) und mit ihrem Außenrand an die Außenkontur des Wärmeabgabebereichs (4) angepasst sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) in Lamellenprofile (6) eingreifen und diese unter Vorspannung belastet zusammendrücken, wobei die von den Federelementen (9) zusammengedrückten Lamellenprofile (6) jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmens (7) außerhalb des Rahmens (7) angeordnet sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) quer zur Strömungsrichtung (2) versetzt neben dem Rahmen (7) angeordnet sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (9) in Strömungsrichtung (2) versetzt vor und/oder hinter dem Rahmen (7) angeordnet sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei oder mehr in Strömungsrichtung (2) hintereinander angeordneten Heizmodulen zusammengesetzt ist, wobei die Lamellenbänder (5), die Lamellenprofile (6) und die Rahmen (7) der einzelnen Heizmodule jeweils in Strömungsrichtung (2) hintereinander fluchtend ausgerichtet sind.
Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der auf einer Seite der Rahmen (7) hintereinander liegend angeordneten Lamellenprofile (6) zu einen gemeinsamem, einstückigen Lamellenprofil (6) zusammengefasst sind.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement (10) nicht im Kern oder Strömungszentrum des Wärmeabgabebereichs (4) angeordnet, sondern quer zur Strömungsrichtung (2) nach außen versetzt ist.
Heizmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in ein luftdurchströmbares Gehäuse (16) integriert ist.
Heizmodul (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilator an dem Gehäuse (16) befestigt oder in dieses eingesetzt ist.
Heizmodul (1) nach einem der Ansprüche 25 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) zum Einsetzen in einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, oder zum Einsetzen in einen Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromerwärmung eines Fahrzeuges vorgesehen ist.
Verwendung eines elektrischen Heizmoduls (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem belüfteten Sitz als Gebläse mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromerwärmung, insbesondere in einem Fahrzeugsitz, oder in einem Luftkanal mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromerwärmung eines Fahrzeuges.