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WO2008092694A1 - Elektrisches heizmodul zur luftstromerwärmung, insbesondere zur heizung und belüftung von sitzen - Google Patents

Elektrisches heizmodul zur luftstromerwärmung, insbesondere zur heizung und belüftung von sitzen Download PDF

Info

Publication number
WO2008092694A1
WO2008092694A1 PCT/EP2008/000775 EP2008000775W WO2008092694A1 WO 2008092694 A1 WO2008092694 A1 WO 2008092694A1 EP 2008000775 W EP2008000775 W EP 2008000775W WO 2008092694 A1 WO2008092694 A1 WO 2008092694A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module according
heating module
electric heating
retaining rings
electrical
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/000775
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ingo Schehr
Original Assignee
MicroHellix GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MicroHellix GmbH filed Critical MicroHellix GmbH
Priority to CA002677285A priority Critical patent/CA2677285A1/en
Priority to EP08707462A priority patent/EP2118579A1/de
Priority to US12/525,611 priority patent/US20100072186A1/en
Publication of WO2008092694A1 publication Critical patent/WO2008092694A1/de

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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/105—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being corrugated elements extending around the tubular elements
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    • F24H3/0452—Frame constructions
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    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1854—Arrangement or mounting of grates or heating means for air heaters
    • F24H9/1863—Arrangement or mounting of electric heating means
    • F24H9/1872—PTC
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    • B60H—ARRANGEMENTS OF HEATING, COOLING, VENTILATING OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
    • B60H1/00—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices
    • B60H1/22—Heating, cooling or ventilating [HVAC] devices the heat being derived otherwise than from the propulsion plant
    • B60H2001/2268—Constructional features
    • B60H2001/2293—Integration into other parts of a vehicle

Definitions

  • Electric heating module for air flow heating, in particular for heating and ventilation of seats
  • the invention relates to an electric heating module for air flow heating according to the preamble of claim 1.
  • This heating module is provided in particular for heating and ventilation of seats. It comprises at least one PTC heating element and at least one adjacent annular, air-permeable heat-dissipating area with heat-conducting lamellae arranged essentially radially, which are in operative connection with the PTC heating element and are combined with it to form a module.
  • PTC elements are semiconductor resistors made of ceramics whose ohmic resistance is temperature-dependent.
  • the resistance-temperature characteristic behaves non-linearly: The resistance of a PTC heating element initially drops slightly with increasing component temperature, then rises very steeply at a characteristic temperature (reference temperature).
  • the PTC resistance increases rapidly, limiting the electrical power consumption to a very low value.
  • the component temperature then approaches an upper limit, which depends on the heat absorption of the environment of the PTC heating element. Under normal environmental conditions, the component temperature Thus, the PTC heating element does not rise above a characteristic highest temperature, even if the desired heat dissipation in case of failure is completely interrupted.
  • Heating elements for use in heating or air conditioning systems of vehicles or in other applications of air flow heating in vehicles For safety reasons, in this area of application, even in the event of a malfunction, no flammable temperatures may occur in the heating element, although a high heat output is nevertheless required in normal operation.
  • EP 1 479 918 A1 discloses a complete fan module, comprising a radial fan integrated in a housing and a heating module of the type mentioned initially, which is intended to serve for seat heating in a ventilated motor vehicle seat. Since a motor vehicle seat for safety reasons, even at failure of the fan on the surface of a maximum temperature that is tolerable for humans must not exceed, heating modules with PTC heating elements are ideal, especially since they can give a much higher heat output with the same safety, than the conventional mats used in seat heaters with electrical resistance wires whose power consumption must be very limited for safety reasons.
  • the previously known electric heating modules of the type mentioned are usually made of several layers of surface next to each other, with its narrow side in the air flow PTC heating elements, which are electrically contacted at their flat tops and their lower sides with contact plates.
  • the adjacent thereto heat dissipation areas have meandering arranged metal fins, which also with their Narrow side in the air flow and thermally contact the contacting of the PTC heating elements on its broad side at regular intervals for a heat transfer.
  • thermally conductive adhesives or other bonding techniques can be used; However, it has established itself as the most efficient solution to put the PTC heating elements and the heat-conducting lamellae in a module summarizing this frame and to provide within the frame at least one spring element, the alternately arranged nickeltgabebe- rich with thermally conductive fins and the webs with presses the PTC heating elements together.
  • an electric heating module of the type mentioned is proposed with an annular, in particular circular heat dissipation area, in which the heat-conducting fins are arranged substantially radially. This simplifies the assembly, especially if it is to be automated, and increases the efficiency of the heat transfer to the guided through the slats or the heat dissipation area airflow.
  • Another example of a blower module for motor vehicle seats can be found in EP 1 464 533 A1.
  • An example of a heating module, which is provided in the manner of a hair dryer with a fan and resistance heating wires in the air stream and integrated into a vehicle seat, is described in US 6,541, 737 B1.
  • the present invention seeks to improve an electric heating module of the type mentioned in terms of its ease of installation and in terms of the required installation space in a seat.
  • the present invention thus improves the hitherto known design of an electrical heating module of the type mentioned above in that a heat-conducting retaining ring is provided with a substantially circumferential circumferential groove in which the blades sit with their respective radially inner portion or end.
  • the groove of the retaining ring is accordingly adapted to the width of the radially inner portion of the slats, so that they can also be inserted into the groove.
  • a flattened, elliptical or stadium-shaped ring shape and the shape of an N-corner is possible, as is the case for the heat dissipation area with the heat-conducting fins.
  • the term "ring" refers essentially to the annular groove in the retaining ring, while the retaining ring itself may also be a solid disc or a hollowed-out disc, or possibly also consist of several parts or segments Slats sit in a substantially circumferential groove of the heat-conducting retaining ring, there find their support and dissipate heat from this.
  • the groove of the retaining ring according to the invention in which the lamellae are seated, can be formed by two circumferential webs, wherein the retaining ring preferably has a double T-shape in a lateral view.
  • the retaining ring is preferably cylindrical in shape at least in the region of the groove For lamellae of constant radial extent, this results in a circular heat release area, which is favorable for flow and is therefore preferred
  • the groove of the retaining ring need not be completely encircling, but may, for example, have a gap through which an electrical contact can be made
  • the retaining ring according to the invention is made of extruded aluminum.
  • An aluminum press part has a particularly high thermal conductivity, so that the hot flow typical of the operation of the electrical heating module according to the invention, which is carried out by the PTC heating element in the hot-emitting lamellae, is particularly high
  • a particularly efficient and advantageous production of the electric heating module according to the invention is made possible by the fact that the lamellae are clamped between the Rare walls of the groove, as far as the groove is formed by two circumferential ridges, this can be achieved by caulking the ridges with the lamellae or In addition to a high stability of this connection, there is also a very good heat transfer from the retaining ring in the slats, while the connection can be made quickly and efficiently by machine
  • the lamellae are made of at least one maanderformig bent and / or folded metal strip.
  • the radially inner ends of the lamellae or the radially inner portions of the lamellae are bent in the form of an outer rim, so that a particularly high stability in the transverse direction, ie from narrow side to narrow side of the blade results here
  • the clamping or caulking of the fins in the groove of the retaining ring can then take place with high forces, resulting in said high stability and high heat conductivity of the compound further improved by the fins press into the side walls of the groove.
  • the fins may be formed so that their narrow sides are substantially crescent-shaped.
  • the fins may be twisted in their radial course, so that their broad sides are at least partially tilted against the axial direction and thus against the direct air flow direction.
  • These shapes result in deflections and turbulence in the air flow, which may allow it to increase the convective heat transfer in the air and thus increase the heat output through the slats.
  • the output power of the PTC heating element and consequently of the electric heating module as a whole also increases.
  • a preferred, fundamental possibility of the arrangement of the PTC heating element on the retaining ring according to the invention is that the retaining ring has a substantially radially extending contact surface for direct or indirect thermal contact with the PTC heating element, so that the PTC heating element with its broad side transverse to Air flow direction rests on the retaining ring.
  • a particularly compact and advantageous to be further development of this principle consists in the sequential arrangement of two retaining rings with inserted lamellae in the axial direction, while the PTC heating element is disposed between the retaining rings and is in heat-conducting contact with two retaining rings, in particular directly between the two Contact surfaces of the two retaining rings sits and thus not only in thermally conductive contact with the retaining rings is, but also electrically contacting this is applied. Accordingly, it is expedient if the retaining rings are provided with connecting elements for electrical contacting, whereby a separate contacting of the PTC heating element is unnecessary.
  • a soft elastic ring seal is inserted between the two contact surfaces of the two retaining rings and surrounds the PTC heating element annular.
  • the soft elastic seal is provided with a cross section widening radially outward. For radially inside it must allow it that the PTC heating element as close as possible and with a certain contact pressure against the contact surfaces of both retaining rings, while outward the sealing effect of the soft elastic seal is of primary importance.
  • the PTC heating elements can also be contacted so that the plate packs do not carry electricity.
  • the electrical connection elements are each arranged between the PTC heating element and the two contact surfaces of the two retaining rings, wherein an electrically insulating, but thermally conductive insulating film in each case between the electrical Closing element and the contact surface of the associated retaining ring sits.
  • the retaining rings are therefore electrically isolated from the PTC heating element.
  • the aforementioned soft elastic seal between the two contact surfaces of the two retaining rings is in this case preferably exchanged for a position ring.
  • a package of PTC heating element, two electrical connection elements, a surrounding position ring and each one above and below applied insulating film therefore offers the greatest possible protection against moisture or dirt entering the live parts of the electric heating module.
  • the position ring is provided with insulating webs for the electrical connection elements, it also ensures that the led out of the position ring parts of the electrical connection elements can not be pressed unintentionally against the respective other contact surface of the retaining rings, which could possibly form a short circuit.
  • a second fundamental alternative to further develop the present invention is that the retaining ring is bisected at an axially extending parting plane, wherein the PTC heating element is seated in the parting plane between the two retaining ring parts.
  • the PTC heating element is arranged with its broad sides along the air flow; if it were in the air stream, this would therefore hit a narrow side of the PTC heating element.
  • the retaining ring in the sense of the present invention does not have to be a ring in the conventional sense, but can also consist of two or more individual parts as well as having very different shapes.
  • Each half of the retaining ring of this second basic alternative may have a contact surface adjoining the parting plane, against which the PTC heating element bears heat-conducting and electrically contacting.
  • the PTC heating element is then inserted between the two halves of the retaining ring, wherein preferably a seal or a frame for receiving the PTC heating element is present. This frame prevents excessive forces from acting on the PTC heating element and seals it to the outside.
  • the two halves of the retaining ring are assembled by means of clips, in particular spring clips. This results in a contact pressure between the retaining ring halves and the PTC heating element, which improves the electrical contact and in particular the heat transfer.
  • two (or more) radial gaps between the slats may be provided in the heat dissipation area to respectively receive a holding web and optionally perform an electrical conductor.
  • This will be a particularly simple and machine allows to bewerkstelligende mounting of the electric heating module according to the invention. Because then the retaining rings with the attached slats need only be placed on the holding webs, which automatically align themselves axially to each other. The retaining webs must then be closed only at the top and bottom, with a spring element for a bias of the retaining rings against the PTC heating elements provides.
  • a substantially U-shaped bracket is provided with at least two retaining webs as U-legs, wherein at the U-back of the holder, a spring element is mounted, that the retaining rings are inserted with lamellae in the U-shaped holder, and that a clip is placed on the ends of the retaining webs, which fixes the retaining rings and biases against the spring element.
  • the spring element on the U-back of the holder can be omitted, while the clip is replaced by a Federklam- mer or a spring clip.
  • the holding webs can be connected to each other by means of snap fasteners, resulting in not only a U-shaped holder, but in the result can result in an annular holder.
  • the snap fastening is preferably carried out via at least one centering element for receiving a spring element, so that in turn results in a U-shaped holder. If two centering elements are used, the result is an annular holder which can be snap-fitted.
  • At least one holding web is provided with feedthroughs for the electrical connection elements, so that these, without contacting the disk packs, are guided outward from the holding rings through the holding web and there by means of cables, plugs and the like can be connected from outside.
  • This is particularly important when using a heating module according to the invention in motor vehicles, since there the on-board voltage is limited and correspondingly high currents and thus correspondingly high cable cross-sections of the electrical connection elements must be given to ensure the desired heat output of the heating module.
  • the holding webs are attached to an air-permeable housing, or integrated into this, while a fan is attached to the housing or inserted into this.
  • the housing may be provided, moreover, in particular for insertion into a seat.
  • the electric heating module according to the present invention when it is used as a fan in a ventilated seat, in particular in a ventilated vehicle seat, wherein, if necessary, the air flow heating enabled by the PTC heating element and the heat-conducting fins as seat heating if necessary, can be switched in stages.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a first embodiment of the heating module according to the invention
  • FIG. 2 shows the heating module from FIG. 1 in the preassembled state
  • FIG. 3 shows the heating module from FIG. 1 in the fully assembled state
  • Figure 4 is another perspective view of the heating module of Figure 3;
  • Figure 5 is an exploded perspective view of a second embodiment of the electric heating module according to the invention.
  • Figure 6 is an exploded perspective view of a third embodiment of the electric heating module according to the invention.
  • Figure 7 is an exploded perspective view of a fourth embodiment of the electric heating module according to the invention.
  • Figure 8 is an exploded perspective view of a fifth embodiment of the electric heating module according to the invention.
  • FIG. 9 shows the heating module from FIG. 8 in the assembled state
  • Figure 10 is an exploded perspective view of a portion of the heating module of Figure 1;
  • Figure 1 1 is an exploded perspective view corresponding to Figure 1, but of a further embodiment
  • Figure 1 1 a is a perspective view of a part of Figure 1 1 in the assembled state
  • Figure 12 is a perspective exploded view of another embodiment of a heating module according to the invention without housing;
  • Figure 1 3 is a perspective view of the electric heating module of Figure 12 from above, in assembled condition
  • Figure 14 is a perspective view of the electric heating module of Figure 12 from below, in the assembled state.
  • the electrical heating module according to a first embodiment of the present invention shown in Figure 1 in an exploded perspective view consists in its core of two retaining rings 1, 1 'with a circumferential, cylindrical groove 2 (see Figure 10), in the radially arranged, heat-conducting Slats 3, 3 'sit, one between the two retaining rings 1, 1' arranged PTC heating element 4 in the form of a round disc, surrounding the PTC heating element 4 soft elastic seal 5, two electrical connection elements 6, 6 ', which are designed as cable lugs are, designed as a corrugated compression spring spring element 7 and two respective two-part holding webs 8, 8 ', the U-legs of a U-shaped holder tion 9 9, which is integrated into a housing 10 and completed by means of a clip 1 1 becomes.
  • the housing 10 is broken in the present representation to make the inner parts, in particular the U-shaped holder 9 visible. It is essentially cylindrically shaped in order to form a tube for as laminar a flow of air as possible, which is supported on the input side by air guide webs 12.
  • a receptacle for inserting a fan 15 is formed in the housing 10 by a projection 13 and insertion grooves 14, 14 ', which draws the air flow through the heat discharge areas 16 formed by the laminar rings 3, 3'.
  • a nose 17 the fan is inserted into the insertion groove 14 in the housing 10.
  • the housing 10 is also provided with mounting pads 18 for insertion into a vehicle seat.
  • FIGS. 1 and 2 the machine mountability of the present exemplary embodiment of an electric heating module according to the invention becomes clear.
  • the spring element 7 is placed on a built-in housing 10 and part of the U-back of the holder 9 forming spring seat 19, the spring element 7 is placed.
  • the connecting elements 6 and 6 ' are each fitted into an open interior 20 of the retaining rings 1, 1' and the cable shoe is passed through an opening 21 in the retaining rings 1, 1 ', where after then the lower retaining ring 1 'with its slats 3' and emgepasstem electrical connection element 6 'is placed on the spring element 7, wherein the retaining webs 8 by two opposite gaps 22' in the heat output area 16 or in the slats 3 'reach through and the retaining ring Aligning in its radial position on a on the retaining ring 1 'arranged, radially extending contact surface 23' is then embedded in the soft elastic seal 5 PTC heating element 4 then the upper retaining ring 1 is oriented opposite to the embedded in the seal 5 PTC -Heizelement 4, wherein also the retaining ring 1 has a contact surface 23, the PTC heating element 4 electrically and thermally conductive Kontak- also by Lucken 22 in the blades 3 of the upper retaining ring 1 engage the holding webs 8,
  • the clamp 11 can be attached to the holder 9 or the holding webs 8, 8' in that it latches under the projections there, the retaining rings 1 must be prestressed against the spring force of the spring element 7.
  • the clip 11 holds this preload and thus causes excellent heat transfer and low electrical resistance between the PTC heating element 4 and the two contact surfaces 23.
  • the soft elastic seal 5 has a cross section which thickened radially outwards, so that tilting of the retaining rings 1, 1 'against each other, which could cause a short circuit, is excluded at the same time ensures the seal 5 for it in that the PTC heating element 4 and the contact surfaces 23, 23 'are protected against moisture and dirt It should be noted at this point that the clip 1 1 can also be exchanged for a spring clip or a spring ball, whereby the spring element 7 is unnecessary and Bauhohe saved.
  • the fan 15 is inserted into the housing 10
  • the mounting webs 18 or mounting flanges allow easy maintenance in motor vehicle seats.
  • the Einstecknuten 14 in the housing 10 serve on the one hand for guiding and preventing rotation of the fan 15 in the housing 10 by means of the nose 17; on the opposite side of the insertion groove 14 'is used to carry out the necessary for the fan 15 and the PTC heating element 4 electrical connection cable.
  • the aluminum extruded part used in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 4 as a retaining ring 1, 1 ' has a double-T-shape in lateral view, but only one of the two T-surfaces is in the form of a disk, and is formed as a contact surface 23, while the opposite side of the retaining ring 1 is open in order to accommodate the connecting element 6 can.
  • the groove 2 is formed by two edge webs 24, wherein the one edge web 24 'is the outer periphery of the contact surface 23'.
  • the heat-conducting lamellae 3, 3 ' are each formed from two aluminum sheet strips which form a meandering shape in each case to form two lamellar ring pieces bent and folded over the annular surface in half overlapping manner so that the gaps 22, 22' can be left standing therebetween.
  • the heat dissipation region 16 may also be composed of a plurality of individual lamella ring pieces.
  • the lamellae 3 are seated in their radially inner region in the groove 2 of the retaining ring 1, wherein the groove 2 in its width corresponds exactly to the width of the sheet metal strips, so that they can be inserted axially and radially aligned in the groove 2. Pressing or caulking of the edge webs 24 of the retaining ring 1 inwardly against the slats 3 causes a deformation of the groove side walls, so that the lamella narrow sides impress in the groove side walls due to the increased stability of the fins by the radially inner folding and an intimate , enter thermally conductive connection with the retaining ring 1.
  • the lamellae 3 are crescent-shaped in their radial course, which takes into account the fact that the fan 15 generates an almost turbulence-free air flow in its intake region, but not with exactly axial flow vectors .
  • the embodiment shown in FIG. 7 again has meandering fins 3, 3 ', which however are not aligned axially in such a way that their broad sides extend exactly in the axial direction, but they are slightly tilted against this axial direction, so that the axial air flow is also on a projection of the broadsides hits. Accordingly, the slats 3, 3 'in the tilted state in the groove 2 of the retaining ring 1 caulked.
  • the slats 3 can also sit vertically in the groove 2, as is the case in the two previous embodiments, and the slats 3 are then twisted, so twisted about a radial axis to the to produce tilting of the slats 3 in the heat dissipation region 16 shown in Figure 7.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an electric heating module according to the invention, which essentially corresponds to the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 1 to 4.
  • FIGS. 1 to 4 here are three retaining rings 1, 1 ', 1 "with respective slats 3, 3', 3" arranged one above the other, and between each two retaining rings 1, 1 ', 1 "is in each case a PTC heating element 4, 4' in the reference Figure 1 arranged manner, and in a seal 5, 5 ' embedded.
  • the two PTC heating elements 4, 4 'thus act on a common Lamellenpaktet 3' and in addition to their own disc pack 3 or 3 ".
  • the electrical contact can be limited to three connection elements 6, 6 ', 6 ", since here two PTC heating elements 4, 4' share a common electrical connection 6 '.
  • the arrangement shown in Figure 5 allows a gradual connection of electrical heating energy in the air flow generated by the fan 15, wherein in the present case two stages can be switched. As far as a correspondingly larger number of retaining rings 1 is stacked with disk packs 3 on top of each other, several stages of switchable heating power can be realized. If no PTC heating element 4, 4 'is connected to electrical current, the electric heating module according to the invention operates as a fan for ventilating a vehicle seat. A correspondingly weak first heating level, for example, would allow a tempered ventilation of a vehicle seat without heating it in the subjective sensation of the person sitting on it.
  • FIGS. 8 and 9 show a further exemplary embodiment of an electrical heating module according to the invention, which in turn can be inserted into a housing with a fan, which is not shown here, however.
  • This further embodiment realizes an alternative embodiment of a retaining ring 1 according to the invention, since this is divided into two halves 25, 25 ', which are separated from each other. In the parting plane between the two halves 25, 25 ', each half of the retaining ring 1 is provided with an axially extending contact surface 23, 23', so that the PTC heating element 4 axially instead of radially aligned between the contact surfaces 23, 23 'sits and of these thermally conductive and electrically contacted.
  • a holding frame 26 made of plastic ensures an exact alignment of the PTC heating element 4 and the two halves 25, 25 'of the retaining ring 1 to each other, while two spring clips 27, the two halves 25, 25' of the retaining ring 1 together.
  • the retaining clips 27 are each one-sided with a Insulated 28 insulation, so that each spring clip 27 each only one half 25, 25 'of the retaining ring 1 electrically contacted
  • the retaining ring 1 is in principle constructed in the same way as in the exemplary embodiment illustrated in FIGS. 8 and 9, because it consists of an aluminum component produced as extruded part with each circumferential upper and lower edge webs 24 to form an outer circumferential, cylindrical groove 2 in this groove 2 sit made of a maanderformig bent aluminum sheet slats 3, which are pressed there by caulking the edge webs 24
  • FIGS. 8 and 9 permit a lower structural height and may accordingly be advantageous.
  • the heat output delivered will generally not be as high as in the other embodiments described.
  • FIG. 11 again shows, similar to FIG. 1, an electrical heating module in a perspective exploded view.
  • This is a further exemplary embodiment of the present invention, wherein the modifications with respect to the module shown in FIG. 1 essentially relate to the electrical contacting, because the electrical Connection elements 6, 6 'are here in each case between the PTC heating element 4 and the contact surfaces 23, 23' of the retaining rings 1, 1 'arranged
  • the heating module shown in Figure 1 1 consists of two retaining rings 1, 1' with a circumferential, cylindrical groove, in the arranged, heat-conducting fins 3, 3 'sitting, a arranged between the two retaining rings 1, 1' PTC heating element 4 in the form of a round disc, a surrounding the PTC heating element 4 position ring 35 made of plastic and two electrical connection elements 6, 6 ' , which are designed as cable shoes.
  • the arrangement of the electrical connection elements 6, 6 'in the heating module shown in FIG. 11 differs, as mentioned, from the heating modules illustrated in the preceding figures in that the electrical connection elements 6, 6' respectively rest directly on the PTC heating element 4, and the position ring 35.
  • the latter is relatively wide in order to accommodate the package formed by the two electrical connection elements 6, 6 'and the PTC heating element 4 as a whole, but it has slightly less height than this package to a high contact pressure and thus a good heat transfer between the PTC heating element 4 and the two retaining rings 1, 1 'not to be affected.
  • the electrical connection elements 6, 6 ' are each separated by means of a thermally conductive, but electrically insulating insulating film 30, 30'.
  • This insulating film 30, 30 ' is preferably a thermostable polyamide film and is designed to be particularly easy to install on one side self-adhesive. Between the surfaces of the PTC heating element 4 and the retaining rings 1, 1 'are thus in each case an electrical connection element 6 and an insulating film 30.
  • the resulting advantage is that neither the retaining rings 1, 1' nor the heat-conducting fins third 3 'are live; since they are therefore at the same electrical potential, a short circuit between the lamellae 3 of the first retaining ring 1 and the lamellae 3 'of the second retaining ring 1' is excluded even if moisture or dirt penetrates into the electrical heating module or accidentally electrically leading part, such as a nail, enters the air flow.
  • This insulating webs 32 ensure that even if in the electrical connection elements 6, 6 'a (not shown) connecting cable is inserted with unacceptably high force, no unintentional contact between the electrical connection element 6 with the contact surface 23' of the retaining ring 1 ', or conversely, a contact of the electrical connection element 6 'with the contact surface 23 of the retaining ring 1 results and thus would result in a short circuit.
  • Figures 12 to 14 show an embodiment of an electric heating module according to the present invention, which is manufactured without housing and can be used, for example, in a ventilation pipe, for example. It has four retaining rings 1, 1 ', 1 ", 1'” with heat-conducting fins 3, 3 ', 3 ", 3'", which, however, receive only two PTC heating elements 4, 4 'between them. Each of the two PTC heating elements 4, 4 'acts on two lamella packages 3, 3' and 3 ", 3 '". They can be designed identically or provided with different power consumption.
  • FIG. 12 shows in more detail the structure of this exemplary embodiment of an electrical heating module
  • FIGS. 13 and 14 illustrate the heating module in the assembled state, from a perspective from above (FIG. 13) and a perspective from below (FIG. 14).
  • a lower centering element 33 ' to which a right 8 and a left holding web 8' are snapped, carries a spring element 7 and receives the open inner space 20 '"of the lowermost retaining ring 1'" centering.
  • On the back of the lowermost retaining ring 1 '" thus on its contact surface 23'" is the first PTC heating element 4 ', which is embedded in a first soft-elastic seal 5'.
  • an upper centering element 33 forms a spring element 7 received by the latter and a upper retaining ring 1 together with the second PTC heating element 4, the seal 5 and the second uppermost retaining ring 1 'an assembly with plate packs 3, 3' to the upper PTC heating element 4th
  • a special feature that distinguishes the exemplary embodiment according to FIGS. 12, 13 and 14 from the exemplary embodiments of the preceding figures relates to the electrical connection elements 6, 6 ', 6 ": instead of cable lugs, contact plugs are used here, which are penetrated by the gaps 22, 22', 22 “, 22 '” pass through and in the open interior 20, 20 “, 20'” of the retaining rings 1, 1 ', 1 ", 1'” are mounted contacting '"in each case a centering piece 36, 36" on which the electrical connection elements 6, 6', 6 "are placed.
  • the two PTC heating elements 4, 4 'common, central electrical connection element 6' is in this case designed such that it on the one hand on the centering pieces 36 ', 36 "of both associated retaining rings 1', 1" is seated to contact them, and on the other hand, an axial guide for these two centering 36 ', 36 "forms what the stability of the entire electric heating module - yes without go use gets along - increased.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwärmung, insbesondere zur Heizung und Belüftung von Sitzen, umfassend 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. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen mit ihrem radial inneren Abschnitt in einer der Breite des radial inneren Abschnittes der Lamellen angepassten Nut eines wärmeleitenden Halterings sitzen.

Description

Elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwärmung, insbesondere zur Heizung und Belüftung von Sitzen
B e s c h r e i b u n g
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, luft- durchströmbaren 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.
PTC-Elemente sind Halbleiter-Widerstände aus Keramik, deren ohmscher Wi- derstand 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 Tempera- ture 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, wo- bei gleichwohl im Normalbetrieb eine hohe Heizleistung gefordert wird.
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.
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.
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 Kontaktierungsble- che 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 Wärmeabgabebe- reiche mit wärmeleitenden Lamellen und die Stege mit den PTC-Heizelementen aufeinander presst.
Dies bedingt allerdings eine rechteckige Form des elektrischen Heizmoduls mit zeilenartiger Strukturierung der Bauteile, die strömungstechnisch zur Luftstro- merwärmung 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.
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 notwen- dig.
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. 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.
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.
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 32 niedergelegt. Eine bevorzugte Verwen- düng des erfindungsgemäßen Heizmoduls ist im Anspruch 33 definiert.
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 vor- gesehen 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. Die Nut des erfindungsgemaßen 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 War- meabgabebereich, der stromungsgunstig und deshalb bevorzugt ist
Die Nut des Halterings muss nicht vollständig umlaufend ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise eine Lücke aufweisen, durch die hindurch eine elektrische Kontaktierung gefuhrt werden kann
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der erfindungsgemaße Haltering als Fließpressteil aus Aluminium gefertigt ist Ein Aluminium-Fheßpressteil hat eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit, so dass der für die Funktionsweise des erfindungsgemaßen elektrischen Heizmoduls typische, vom PTC-Heizelement in die warmeabgebenden Lamellen erfolgende Warmefluss besonders hoch ist
Eine besonders effiziente und vorteilhafte Fertigung des erfindungsgemaßen elektrischen Heizmoduls wird dadurch ermöglicht, dass die Lamellen klemmend zwischen den Seltenwanden 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, wahrend die Verbindung schnell und effi- zient maschinell hergestellt werden kann
Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn die Lamellen aus mindestens einem maanderformig gebogenen und/oder gefalteten Blechstreifen gefertigt sind In diesem Fall sind die radial inneren Enden der Lamel- len 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 Warme- leitfähigkeit der Verbindung nochmals verbessert, indem sich die Lamellen in die Seitenwände der Nut eindrücken.
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 Luft- Strömungsrichtung 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.
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.
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 Kon- takt 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. 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 Halterin- ge 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.
Um die Heizleistung des elektrischen Heizmoduls nach dieser ersten Ausfüh- rungsalternative 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 unter- schiedliche Stufenleistungen aufweisen.
Um eine besonders hohe Robustheit des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls zu erzielen und jede Gefahr eines Kurzschlusses durch eindringende Feuchtigkeit, Verschmutzungen oder elektrisch leitende Fremdkörper auszuschließen, können die PTC-Heizelemente auch so kontaktiert werden, dass die Lamellenpakete keinen Strom führen. Hierzu werden die elektrischen Anschlusselemente jeweils zwischen dem PTC-Heizelement und den beiden Kontaktflächen der beiden Halteringe angeordnet, wobei eine elektrisch isolierende, jedoch wärmeleitende Isolierfolie jeweils zwischen dem elektrischen An- Schlusselement und der Kontaktfläche des zugeordneten Halterings sitzt. Die Halteringe werden daher gegen das PTC-Heizelement elektrisch isoliert.
Die oben genannte weichelastische Dichtung zwischen den beiden Kontaktflä- chen der beiden Halteringe ist in diesem Fall vorzugsweise gegen einen Positionsring ausgetauscht. Dieser umgibt nicht nur das PTC-Heizelement, sondern auch die elektrischen Anschlusselemente ringförmig, wobei Ausnehmungen im Positionsring vorgesehen sein können, um die elektrischen Anschlusselemente nach Außen durchzuführen. Ein Paket aus PTC-Heizelement, zwei elektrischen Anschlusselementen, einem diese umgebenden Positionsring und jeweils einer oben und unten aufgebrachten Isolierfolie bietet demnach den größtmöglichen Schutz gegen eindringende Feuchtigkeit oder Verschmutzungen der stromführenden Teile des elektrischen Heizmoduls. Wenn der Positionsring mit Isolierstegen für die elektrischen Anschlusselemente versehen ist, stellt er darüber hinaus auch sicher, dass die aus dem Positionsring herausgeführten Teile der elektrischen Anschlusselemente nicht unbeabsichtigt gegen die jeweils andere Kontaktfläche der Halteringe gedrückt werden kann, wodurch sich eventuell ein Kurzschluss bilden könnte.
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.
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 einge- setzt, 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.
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.
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 durchzufüh- ren. 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 sorgt.
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 Federklam- mer oder einen Federbügel ersetzt wird.
In einer anderen Ausführung können die Haltestege mittels Schnappbefestigungen miteinander verbunden werden, wodurch sich nicht nur eine U-förmige Halterung, sondern im Ergebnis eine ringförmige Halterung ergeben kann. Die Schnappbefestigung erfolgt vorzugsweise über zumindest ein Zentrierelement zur Aufnahme eines Federelements, so dass sich im Ergebnis wiederum eine U-förmige Halterung ergibt. Wenn zwei Zentrierelemente verwendet werden, ergibt sich eine ringförmige Halterung, die einschnappend zusammengebaut werden kann.
Bei allen genannten Alternativen ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Haltesteg mit Durchführungen für die elektrischen Anschlusselemente versehen ist, so dass diese, ohne die Lamellenpakete zu kontaktieren, von den Halteringen her durch den Haltesteg hindurch nach außen geführt und dort mittels Kabeln, Steckern und dergleichen von Außen angeschlossen werden können. Dies ist insbesondere beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Heizmoduls in Kraftfahrzeugen wichtig, da dort die Bordspannung begrenzt ist und entsprechend hohe Ströme und somit entsprechend hohe Leitungsquerschnitte der elektrischen Anschlusselemente gegeben sein müssen, um die gewünschte Heizleistung des Heizmoduls gewährleisten zu können.
Bevorzugterweise sind die Haltestege 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.
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 be- darfsweise die durch das PTC-Heizelement und die wärmeleitenden Lamellen ermöglichte Luftstromerwärmung als Sitzheizung ggf. stufenweise zugeschaltet werden kann.
Mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgen- den anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Heizmoduls; Figur 2 das Heizmodul aus Figur 1 in vormontiertem Zustand;
Figur 3 das Heizmodul aus Figur 1 in fertig montiertem Zustand;
Figur 4 eine andere perspektivische Ansicht des Heizmoduls aus Figur 3;
Figur 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls;
Figur 6 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls;
Figur 7 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls;
Figur 8 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrischen Heizmoduls;
Figur 9 das Heizmodul aus Figur 8 in zusammengebautem Zustand;
Figur 10 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils des Heizmoduls aus Figur 1 ;
Figur 1 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung entsprechend Figur 1 , jedoch eines weiteren Ausführungsbeispiels;
Figur 1 1 a eine perspektivische Darstellung eines Teils aus Figur 1 1 im zusammengebauten Zustand;
Figur 12 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Heizmoduls ohne Gehäuse;
Figur 1 3 eine perspektivische Darstellung des elektrischen Heizmoduls aus Figur 12 von oben, in zusammengebautem Zustand; Figur 14 eine perspektivische Darstellung des elektrischen Heizmoduls aus Figur 12 von unten, in zusammengebautem Zustand.
Das in Figur 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 Figur 10), in der radial angeordnete, wärmelei- tende 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 Halte- rung 9 bilden, welche in ein Gehäuse 10 integriert ist und mittels einer Klammer 1 1 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 eingangs- seitig 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.
Betrachtet man die Figuren 1 und 2 zusammen, so wird die maschinelle Mon- tierbarkeit 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 Kabel- schuh durch einen Ausbruch 21 in den Halteringen 1 , 1 ' hindurchgeführt, wo- nach dann der untere Haltering 1 ' mit seinen Lamellen 3' und emgepasstem elektrischen Anschlusselement 6' auf das Federelement 7 aufgesetzt wird, wobei die Haltestege 8 durch zwei gegenüberliegende Lucken 22' im Warmeab- gabebereich 16 bzw in den Lamellen 3' hindurchgreifen und den Haltering 1 ' in seiner radialen Lage ausrichten Auf eine am Haltering 1 ' angeordnete, radial verlaufende Kontaktflache 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 Kontaktflache 23 aufweist, die das PTC-Heizelement 4 elektrisch und wärmeleitend kontak- tiert Auch durch Lucken 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 halt diese Vorspannung und bewirkt so einen exzellenten Wärmeübergang sowie einen niedrigen elektrischen Widerstand zwischen dem PTC-Heizelement 4 und den beiden Kontaktflachen 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 konnte, ausgeschlossen ist Gleichzeitig sorgt die Dichtung 5 dafür, dass das PTC-Heizelement 4 sowie die Kontaktflachen 23, 23' vor Feuchtigkeit und Verschmutzungen geschützt sind Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Klammer 1 1 auch gegen eine Federklammer oder einen Feder- bugel ausgetauscht werden kann, wodurch sich das Federelement 7 erübrigt und Bauhohe gespart wird Alternativ kann das Federelement 7, insbesondere als Wellring-Druckfeder ausgestaltet, auch oben, unter der Klammer 1 1 , gegebenenfalls mit einer zwischenhegenden Druckverteiler-Kappe, angeordnet sein, um eine größere Stabilität des Aufbaus wahrend des Montierens zu erreichen Nachdem schließlich der Lüfter 15 in das Gehäuse 10 eingesetzt ist, ergibt sich das in den Figuren 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.
Wie in Figur 10 im Einzelnen verdeutlicht, besitzt das im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 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.
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. 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 Figuren 6 und 7, die sich lediglich durch die unterschiedliche Formen der Lamellen 3, 3' vom Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 4 unterscheiden.
Beim Ausführungsbeispiel, das in Figur 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 verwirbe- lungsfreie Luftströmung erzeugt, jedoch nicht mit exakt axial verlaufenden Strömungsvektoren. Die Lamellen 3, 3' können hierbei wiederum mäanderför- mig gebogen und gefaltet sein, jedoch auch aus einzelnen Blechstreifen bestehen.
Das in Figur 7 dargestellte Ausführungsbeispiel besitzt wiederum mäanderför- mig 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 Figur 7 dargestellte Kippung der Lamellen 3 im Wärmeabgabebereich 16 herzustellen.
Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes elektrisches Heizmodul, das im Wesentlichen den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Allerdings sind hier drei Halteringe 1 , 1 ', 1 " mit jeweiligen Lamellen 3, 3', 3" übereinander angeordnet, und zwischen jeweils zwei Halteringen 1 , 1 ', 1 " ist jeweils ein PTC-Heizelement 4, 4' in der anhand Figur 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 Kontak- tierung kann sich auf drei Anschlusselemente 6, 6', 6" beschränken, da sich hier zwei PTC-Heizelemente 4, 4' einen gemeinsamen elektrischen Anschluss 6' teilen.
Die in Figur 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 reali- siert 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 Per- son zu heizen.
Die Figuren 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
Wie Figur 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 Figuren 1 bis 7 eingesetzt werden können, um das elektrische Heizmodul in einem Luftergehause zu montieren
Abgesehen von der Teilbarkeit mit axial verlaufender Trennebene ist der Haltering 1 nach dem in den Figuren 8 und 9 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel prinzipiell so aufgebaut, wie in den in den Figuren 1 bis 7 dargestellten Ausfuh- rungsbeispielen 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 maanderformig gebogenen Aluminiumblech hergestellten Lamellen 3, welche dort durch Verstemmen der Randstege 24 verpresst sind
Die in den Figuren 8 und 9 dargestellte Ausfuhrungsform eines erfindungsge- maßen elektrischen Heizmoduls ermöglicht eine geringere Bauhohe und kann dementsprechend vorteilhaft sein Allerdings wird die abgegebene Heizleistung im Allgemeinen nicht so hoch sein, wie bei den anderen beschriebenen Ausfuhrungsformen Allen Ausfuhrungsformen gemeinsam ist jedoch der hocheffizien- te Wärmeübergang von den PTC-Heizelementen in die wärmeleitenden Lamellen ohne die Notwendigkeit, die Lamellen kleben oder loten zu müssen
Figur 11 zeigt wiederum, ahnlich wie Figur 1 , ein elektrisches Heizmodul in einer perspektivischen Explosionsdarstellung Es handelt sich um ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die Modifikationen gegenüber dem in Figur 1 gezeigten Modul im Wesentlichen die elektrische Kon- taktierung betreffen, denn die elektrischen Anschlusselemente 6, 6' sind hier jeweils zwischen dem PTC-Heizelement 4 und den Kontaktflachen 23, 23' der Halteringe 1 , 1 ' angeordnet Das in Figur 1 1 dargestellte Heizmodul besteht aus zwei Halteringen 1 , 1 ' mit einer umlaufenden, zylindrischen Nut, in der ra- dial angeordnete, wärmeleitende Lamellen 3, 3' sitzen, einem zwischen den beiden Halteringen 1 , 1 ' angeordneten PTC-Heizelement 4 in Form einer runden Scheibe, einem das PTC-Heizelement 4 umgebenden Positionsring 35 aus Kunststoff sowie zwei elektrischen Anschlusselementen 6, 6', die als Kabel- schuhe ausgebildet sind. In den kreisförmig angeordneten Lamellen 3, 3' sind wiederum jeweils zwei gegenüberliegende Lücken 22, 22' angeordnet, durch die (hier nicht dargestellte) Haltestege hindurchgreifen können.
Die Anordnung der elektrischen Anschlusselemente 6, 6' in dem in Figur 11 dargestellten Heizmodul unterscheidet sich, wie erwähnt, von den in den vorangehenden Figuren dargestellten Heizmodulen dadurch, dass die elektrischen Anschlusselemente 6, 6' jeweils direkt auf dem PTC-Heizelement 4 aufliegen, sowie durch den Positionsring 35. Letzterer ist relativ breit ausgebildet, um das durch die beiden elektrischen Anschlusselemente 6, 6' und das PTC- Heizelement 4 gebildete Paket als Ganzes aufnehmen zu können, wobei er jedoch geringfügig weniger Bauhöhe als dieses Paket aufweist, um einen hohen Anpressdruck und damit einen guten Wärmeübergang zwischen dem PTC- Heizelement 4 und den beiden Halteringen 1 , 1 ' nicht zu beeinträchtigen. Von den Kontaktflächen 23, 23' der Halteringe 1 , 1 ' sind die elektrischen An- Schlusselemente 6, 6' jeweils mittels einer wärmeleitenden, jedoch elektrisch isolierenden Isolierfolie 30, 30' getrennt. Diese Isolierfolie 30, 30' ist vorzugsweise eine thermostabile Polyamidfolie und ist für eine besonders leichte Mon- tierbarkeit einseitig selbstklebend ausgestaltet. Zwischen den Oberflächen des PTC-Heizelements 4 und den Halteringen 1 , 1 ' liegen also jeweils ein elektri- sches Anschlusselement 6 und eine Isolierfolie 30. Der sich hieraus ergebende Vorteil liegt darin, dass weder die Halteringe 1 , 1 ' noch die wärmeleitenden Lamellen 3, 3' stromführend sind; da sie deshalb auf demselben elektrischen Potential liegen, ist ein Kurzschluss zwischen den Lamellen 3 des ersten Halterings 1 und den Lamellen 3' des zweiten Halterings 1 ' auch dann ausgeschlos- sen, wenn Feuchtigkeit oder Schmutz in das elektrische Heizmodul eindringen, oder versehentlich ein elektrisch leitendes Teil, wie beispielsweise ein Nagel, in den Luftstrom gelangt.
Wie die Figur 1 1 a zeigt, ergibt sich durch das Zusammenfügen des PTC- Heizelements 4 mit den beiden elektrischen Anschlusselementen 6, 6', dem Positionsring 35 und den Isolierfolien 30, 30' ein Paket, das ein Vordringen von Feuchtigkeit zum PTC-Heizelement 4 verhindert. Dies wird dadurch unterstützt, dass der Positionsring 35 zwei Ausnehmungen 31 für die Durchführung der elektrischen Anschlusselemente 6, 6' aufweist. Außer den Ausnehmungen 31 für die Durchführungen der elektrischen Anschlusselemente 6, 6' weist der Positionsring 35 noch Isolierstege 32 auf. Diese Isolierstege 32 gewährleisten, dass auch dann, wenn in die elektrischen Anschlusselemente 6, 6' ein (nicht dargestelltes) Anschlusskabel mit unzulässig hoher Kraft eingesteckt wird, sich kein unbeabsichtigter Kontakt zwischen dem elektrischen Anschlusselement 6 mit der Kontaktfläche 23' des Halterings 1 ', oder umgekehrt ein Kontakt des elektrischen Anschlusselements 6' mit der Kontaktfläche 23 des Halterings 1 ergibt und somit ein Kurzschluss entstünde.
Die Figuren 12 bis 14 zeigen ein Ausführungsbeispiel für ein elektrisches Heiz- modul nach der vorliegenden Erfindung, das ohne Gehäuse gefertigt wird und bedarfsweise in beispielsweise ein Lüftungsrohr eingesetzt werden kann. Es verfügt über vier Halteringe 1 , 1 ', 1 ", 1 '" mit wärmeleitenden Lamellen 3, 3', 3", 3'", die allerdings lediglich zwei PTC-Heizelemente 4, 4' zwischen sich aufnehmen. Jedes der beiden PTC-Heizelemente 4, 4' wirkt auf zwei Lamellen- pakete 3, 3' bzw. 3", 3'". Sie können gleichartig ausgebildet oder mit unterschiedlichen Leistungsaufnahmen versehen sein.
Figur 12 zeigt im Einzelnen den Aufbau dieses Ausführungsbeispiels eines e- lektrischen Heizmoduls, während die Figuren 13 und 14 das Heizmodul im zu- sammengebauten Zustand, aus einer Perspektive von oben (Figur 13) und einer Perspektive von unten (Figur 14) darstellen. Ein unteres Zentrierelement 33', an das ein rechter 8 und ein linker Haltesteg 8' angeschnappt sind, trägt ein Federelement 7 und nimmt den offenen Innenraum 20'" des untersten Halterings 1 '" zentrierend auf. Auf der Rückseite des untersten Halterings 1 '", al- so auf dessen Kontaktfläche 23'" liegt das erste PTC-Heizelement 4' auf, welches in eine erste weichelastische Dichtung 5' eingebettet ist. Auf der Oberseite des PTC-Heizelements 4' liegt dann die Kontaktfläche 23" des zweituntersten Halterings 1 " auf, um das Lamellenpaket 3", 3'" mit dem ersten PTC- Heizelement 4' komplett zu machen. In entsprechender Weise bildet ein oberes Zentrierelement 33, ein von diesem aufgenommenes Federelement 7 und ein oberster Haltering 1 zusammen mit dem zweiten PTC-Heizelement 4, der Dichtung 5 und dem zweitobersten Haltering 1 ' eine Baugruppe mit Lamellenpaketen 3, 3' um das obere PTC-Heizelement 4.
Eine Besonderheit, die das Ausführungsbeispiel nach den Figuren 12, 13 und 14 von den Ausführungsbeispielen der vorangegangenen Figuren unterscheidet, betrifft die elektrischen Anschlusselemente 6, 6', 6": Statt Kabelschuhen werden hier Kontaktstecker eingesetzt, die durch die Lücken 22, 22', 22", 22'" hindurch reichen und im offenen Innenraum 20, 20", 20'" der Halteringe 1 , 1 ', 1 ", 1 '" kontaktierend angebracht sind. Hierzu weisen die Halteringe 1 , 1 ', 1 ", 1 '" jeweils ein Zentrierstück 36, 36" auf, auf das die elektrischen Anschlusselemente 6, 6', 6" aufgesetzt werden. Das beiden PTC-Heizelementen 4, 4' gemeinsame, mittlere elektrische Anschlusselement 6' ist hierbei so ausgebildet, dass es einerseits auf den Zentrierstücken 36', 36" beider zugeordneter Halteringe 1 ', 1 " aufsitzt, um diese zu kontaktieren, und andererseits eine axiale Führung für diese beiden Zentrierstücke 36', 36" ausbildet, was die Stabilität des gesamten elektrischen Heizmoduls - das ja ohne Gehäuse auskommt - erhöht.
Nachdem die Halteringe 1 , 1 ', 1 ", 1 '" mit ihren Lamellenpaketen 3, 3', 3", 3'", den zwischenliegenden PTC-Heizelementen 4, 4', den elektrischen Anschlusselementen 6, 6', 6" und den Federelementen 7, 7' auf dem, mit den beiden aufgeschnappten Haltestegen 8, 8' eine U-förmige Halterung bildenden Zentrierelement 33' aufgesetzt sind, wird das obere Zentrierelement 33 aufgedrückt und die Klammer 11 gegen die Vorspannung der Federelemente 7, 7' auf die Haltestege 8, 8' aufgesetzt. Die elektrischen Anschlusselemente 6, 6' durchgreifen hierbei Durchführungen 34 im rechten Haltesteg 8. Anstatt der Klammer 11 kann selbstverständlich eine zweite Schnappverbindung zwischen den Haltestegen 8, 8' und dem oberen Zentrierelement 33 vorgesehen sein.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Elektrisches Heizmodul zur Luftstromerwärmung, insbesondere zur Heizung und Belüftung von Sitzen, umfassend mindestens ein PTC- Heizelement (4) und mindestens einen daran angrenzenden, ringförmigen, luftdurchströmbaren Wärmeabgabebereich (16) mit im Wesentli- chen radial verlaufend angeordneten, wärmeleitenden Lamellen (3), die mit dem PTC-Heizelement (4) in Wirkverbindung stehen und mit diesem zu einem Modul zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (3) mit ihrem radial inneren Abschnitt in einer der Breite des radial inneren Abschnittes der Lamellen (3) angepassten Nut
(2) im Umfang eines wärmeleitenden Halterings (1 ) sitzen.
2. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (2) des Halterings (1 ) durch zwei umlaufende Stege (24) gebildet ist.
3. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering ( 1 ) in seitlicher Ansicht eine Doppel-T-Form aufweist.
4. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering ( 1 ) zumindest im Bereich der Nut (2) zylindrisch ge- formt ist.
5. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (1 ) als Fließpressteil aus Aluminium gefertigt ist.
6. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (3) klemmend zwischen den Seitenwänden der Nut (2) gehalten sind.
7. Elektrisches Heizmodul nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (24) mit den Lamellen (3) verstemmt oder verpresst sind.
8. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (3) aus mindestens einem mäanderförmig gebogenen und/oder gefalteten Blechstreifen gefertigt sind.
9. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (3) so ausgebildet sind, dass ihre Schmalseiten im Wesentlichen sichelförmig verlaufen.
10. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen (3) in ihrem radialen Verlauf tordiert sind, so dass ihre Breitseiten zumindest teilweise gegen die axiale Richtung gekippt sind.
1 1 . Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (1 ) eine im Wesentlichen radial verlaufende Kontaktfläche (23) für einen direkten oder indirekten Wärmekontakt mit dem PTC-Heizelement (4) aufweist.
12. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei Halteringe (1 , 1 ') mit Lamellen (3, 3') axial hintereinander an- geordnet sind, während das PTC-Heizelement (4) zwischen den Halteringen (1 , 1 ') angeordnet ist und in wärmeleitendem Kontakt mit beiden Halteringen (1 , 1 ') steht.
1 3. Elektrisches Heizmodul nach den Ansprüchen 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement (4) zwischen den beiden Kontaktflächen (23, 23') der beiden Halteringe (1 , 1 ') sitzt.
14. Elektrisches Heizmodul nach einem der Ansprüche 12 oder 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass das PTC-Heizelement (4) in elektrischem Kontakt mit beiden Halteringen (1 , 1 ') steht, und dass die Halteringe ( 1 , 1 ') mit Anschlusselementen (6, 6') zur elektrischen Kontaktierung versehen sind.
1 5. Elektrisches Heizmodul nach den Ansprüchen 1 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem PTC-Heizelement (4) und den beiden Kontaktflächen (23, 23') der beiden Halteringe ( 1 , 1 ') jeweils ein elektrisches Anschlusselement (6, 6') und eine Isolierfolie (30, 30') angeordnet sind, wobei das Anschlusselement (6, 6') jeweils auf dem PTC-Heizelement
(4) aufliegt und die Isolierfolie (30, 30') elektrisch isolierend zwischen dem Anschlusselement (6, 6') und der jeweiligen Kontaktfläche (23, 23') der Halteringe (1 , 1 ') sitzt.
16. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine weichelastische Dichtung (5) oder ein Positionsring (35) zwischen die beiden Kontaktflächen (23, 23') der beiden Halteringe (1 , 1 ') eingesetzt ist, die bzw. der das PTC-Heizelement (4) ringförmig umgibt.
17. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die weichelastische Dichtung (5) einen Querschnitt aufweist, der sich radial nach außen verdickt.
18. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionsring (35) mit Ausnehmungen (31 ) und/oder Isolierstegen (32) für die elektrischen Anschlusselemente (6, 6') versehen ist.
1 9. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Halteringe (1 , 1 ', 1 ") mit Lamellen (3, 3', 3") axial übereinander angeordnet sind , während zwischen jeweils zwei benach- barten Halteringen (1 , 1 ' bzw. 1 ', 1 ") jeweils mindestens ein PTC-
Heizelement (4 bzw. 4') sitzt und in wärmeleitendem Kontakt mit beiden angrenzenden Halteringen steht.
20. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltering (1 ) an einer axial verlaufenden Trennebene zweigeteilt ist, wobei das PTC-Heizelement (4) in der Trennebene zwischen den beiden Hälften (25, 25') des Halterings (1 ) sitzt.
21 . Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass jede Hälfte (25, 25') des Halterings ( 1 ) eine an die Trennebene angrenzende Kontaktfläche (23, 23') aufweist, an der das PTC- Heizelement (4) wärmeleitend und elektrisch kontaktierend anliegt.
22. Elektrisches Heizmodul nach einem der Ansprüche 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die beiden Hälften (25, 25') des Halterings ( 1 ) ein Rah- men (26) zur Aufnahme des PTC-Heizelements (4) eingesetzt ist.
23. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hälften (25, 25') des Halterings (1 ) mittels Federklam- mern (27) zusammengesetzt sind.
24. Elektrisches Heizmodul nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass im Wärmeabgabebereich (16) mindestens zwei radiale Lücken (22) zwischen den Lamellen (3) vorgesehen sind, um jeweils einen Haltesteg
(8) aufzunehmen.
25. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen U-förmige Halterung (9) mit mindestens zwei
Haltestegen (8, 8') als U-Schenkel vorgesehen ist, wobei am U-Rücken der Halterung (9) ein Federelement (7) angebracht ist, dass die Halteringe (1 , 1 ') mit ihren Lamellen (3, 3') in die U-förmige Halterung (9) eingesetzt sind, und dass eine Klammer ( 1 1 ) auf die Enden der Haltestege (8, 8') aufgesetzt ist, die die Halteringe (1 , 1 ') fixiert und gegen das Federelement (7) vorspannt.
26. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wesentlichen U-förmige Halterung (9) mit mindestens zwei
Haltestegen (8, 8') als U-Schenkel vorgesehen ist, dass die Halteringe ( 1 , 1 ') mit ihren Lamellen (3, 3') in die U-förmige Halterung (9) eingesetzt sind, und dass eine Federklammer oder ein Federbügel auf die Enden der Haltestege (8, 8') aufgesetzt ist, die bzw. der die Halteringe (1 , 1 ') fixiert und gegen den U-Rücken der Halterung (9) vorspannt.
27. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestege (8) mittels Schnappbefestigungen miteinander ver- bindbar sind.
28. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltestege (8) zumindest über ein Zentrierelement (33) zur Aufnahme eines Federelements (7) miteinander verbindbar sind.
29. Elektrisches Heizmodul nach den Ansprüchen 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Haltesteg (8) mit Durchführungen (34) für elektrische Anschlusselemente (6, 6') versehen ist.
30. Elektrisches Heizmodul nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Halterung (9) an einem luftdurchströmbaren Gehäuse (10) befestigt oder in dieses integriert ist.
31 . Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lüfter (15) am Gehäuse (10) befestigt oder in dieses eingesetzt ist.
32. Elektrisches Heizmodul nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ( 1 0) zum Einsetzen in einen Sitz, insbesondere einen Kraftfahrzeugsitz vorgesehen ist.
33. Verwendung eines elektrischen Heizmoduls nach einem der Ansprüche 30 bis 32 in einem belüfteten Sitz als Gebläse mit bedarfsweise zuschaltbarer Luftstromerwärmung, insbesondere in einem Fahrzeugsitz.
PCT/EP2008/000775 2007-02-02 2008-01-31 Elektrisches heizmodul zur luftstromerwärmung, insbesondere zur heizung und belüftung von sitzen WO2008092694A1 (de)

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