Beschreibung Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einem Gehäuse mit einem darin angeordneten Fiuidkanai mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, wobei in dem Gehäuse ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element vorgesehen ist, wobei weiterhin zumindest ein metallisches Flächenheizelement vorgesehen ist, welches durch das magnetische Wechselfeld auf heizbar ist, wobei das zumindest eine Flächenheizelement im Fiuidkanai angeordnet ist.

Stand der Technik

Heizvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt. So gibt es luftseitige Heizvorrichtungen, die sogenannte PTC-Heizeiemente aufweisen, die elektrisch bestromt werden und sich dadurch erwärmen. Über luftseitige Lamellen, die mit den PTC- Etementen in Kontakt sind , wird die Wärme auf die durchströmende Luft übertragen. Diese Heizvorrichtungen weisen jedoch einen grundsätzlich anderen Aufbau auf, als für flüssige Medien notwendig.

Heizvorrichtungen für flüssige Medien sind mit einem geschlossenen Gehäuse versehen, die mit einem Fiuidkanai ausgebildet sind mit einem Fluideinlass und einem Fluidauslass, wobei in das Gehäuse ein Heizelement ragt, das mit einem PTC- Element beheizt wird. Diese Heizvorrichtung für flüssige Medien weisen den Nachteil auf, dass die Wärme in einem anderen Bereich erzeugt wird, als in dem Fluid kanal, durch welches das flüssige Medium strömt, das erwärmt werden soll. Dadurch wird aufgrund der vorhandenen Übergangswiderstände eine verzögerte Erwärmung erreicht, die als nach- teilig zu erachten ist.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Heizvorrichtung bereitzustellen, die geeignet ist ein Fluid zu erwärmen, wobei die erwärmten Elemente direkt von dem zu erwärmenden Fluid überströmt werden. Außerdem soll die Heizvorrichtung möglichst einfach aufgebaut und kostengünstig sein. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Heizvorrichtung mit den

Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einem Gehäuse mit einem darin angeordneten Fluidkanal mit einem Fluideiniass und einem Fluidauslass, wobei in dem Gehäuse ein ein magnetisches Wechselfeld erzeugendes Element vorgesehen ist, wobei weiterhin zumindest ein. metallisches Flächenheizelement vorgesehen ist, welches durch das magnetische Wechselfeld aufheizbar ist, wobei das zumindest eine Flächenheizelement im Fluidkanal angeordnet ist, wobei das das magnetische Wechselfeld erzeugende Element durch eine hohlzylind- risch ausgeformte Spule gebildet ist, welche mit einer Wechselspannung betreibbar Ist, wobei die Spule fluiddicht von dem Fluidkanal abgetrennt ist.

Eine fluiddichte Abtrennung der Spule von dem durch die Heizvorrichtung strömenden Fluid ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise ein Kurzschluss verhindert werden kann. Außerdem wird die Spule dadurch keinen korrosiven Einflüssen ausgesetzt, welche zu einer Schädigung der Spule führen könnten. Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Spule in einem Spulengehäuse angeordnet ist, welches in das Gehäuse einführbar ist, wobei das Spulengehäuse thermisch leitfähig ist. Ein thermisch leitfähiges Spulengehäuse ist vorteilhaft, da dies den Wärmeabtransport von der Spule auf das Fluid fördert, wodurch eine effektivere Kühlung der Spule erreicht werden kann und gleichzeitig eine verbesserte Aufheizung des Fluids.

Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn das Spulengehäuse durch einen zylindrischen Hohlkörper gebildet ist, wobei der zylindrische Hohlkörper einteilig oder aus zwei hohlzylindrischen Elementen unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist.

Das Spulengehäuse ist vorteilhafterweise der Bauform der Spule und/oder der Bauform der restlichen Heizvorrichtung angepasst. Dies ermöglicht eine kompakte Bau- form der Heizvorrichtung.

Auch ist es zweckmäßig, wenn die Spule in einem Zwischenraum zwischen den zwei hohlzylindrischen Elementen unterschiedlichen Durchmessers angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Positionierung der Spule in einem Bereich der nicht von dem Fluid durchströmt wird.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn das Spulengehäuse an einer radial nach innen gerichteten Mantelfläche und/oder an einer radial nach außen gerichteten Mantelfläche von einem Fluid umströmbar ist.

Ein direktes Überströmen des Spulengehäuses mit dem Fluid ist vorteilhaft, da so die Wärme der Spule besonders gut abgeführt werden kann. Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn das Gehäuse an einem ersten seiner axialen Endbereiche durch einen ersten Deckel und an einem zweiten seiner axialen Endbe- reiche durch einen zweiten Deckel fiuiddicht verschließbar ist. Dies gewährleistet einen funktionsfähigen Fluidkreislauf innerhalb der Heizvorrichtung..

Auch ist es vorteilhaft, wenn der erste Deckel eine ringförmig umlaufende Nut aufweist, in welche das Spulengehäuse einsteckbar ist.

Eine ringförmig umlaufende Nut, welche dem Spulengehäuse nachgebildet ist, ist vorteilhaft, da sie eine Aufnahme für das Spulengehäuse bildet, wodurch das Spulengehäuse sicher in der Heizvorrichtung positioniert werden kann. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn das Spulengehäuse und der erste Deckel einteilig gefertigt sind, wobei eine elektrische Kontaktierung der Spule in den ersten Deckel integriert ist.

Eine einteilige Ausführung, zum Beispiel aus einem gemeinsamen Spritzgussteil, ist besonders vorteilhaft, da die Montage der Spute in der Heizvorrichtung wesentlich vereinfacht wird. Außerdem kann dann die elektrische Kontaktierung der Spule durch einen in den Deckel integrierten Kanal oder Bereich erfolgen, was die mechanische Robustheit der elektrischen Kontaktierung erhöht und weiterhin die Montage vereinfacht.

Darüber hinaus ist es zu bevorzugen, wenn der erste Deckel und/oder der zweite Deckel und/oder das Spulengehäuse aus einem Kunststoff gefertigt ist, wobei der jeweilige Deckel Abschirmelemente zur Abschirmung des magnetischen Wechselfeldes aufweist.

Das Fertigen der Deckel bzw. des Spulengehäuses aus Kunststoff ist besonders vorteilhaft, um. eine möglichst kostengünstige Herstellung zu erreichen. Im Falle eines aus Kunststoff gefertigten Deckels kann dieser Abschirmelemente enthalten, die eine ungewollte Ausbreitung des magnetischen Wechselfeldes durch den Deckel begren- zen. Dies ist notwendig, um negative Auswirkungen, des magnetischen Wechselfeldes auf benachbart angeordnete elektrische oder metallische Komponenten zu redu- zieren oder vollständig zu verhindern. Ein mögliches Abschirmelement könnte ein ferritisches Blech darstellen, welches an einer Innenfläche oder einer Außenfläche des Deckels angebracht wird. Alternativ kann ein solches ferritisches Blech auch in den Deckel eingegossen sein, Gemäß einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung, kann es vorgesehen sein, dass das Spulengehäuse mit einem Medium auffüllbar ist, durch welches eine fluiddichte Abdichtung des Spulengehäuses erzeugbar ist und/oder die thermische Leitfähigkeit im Spulengehäuse erhöhbar ist. Dies dient ebenfalls der Vermeidung von Kurzschlüssen und der Verbesserung des Thermomanagements der Heizvor- richtung.

Außerdem ist es zweckmäßig, wenn das Spulengehäuse an zumindest einer seiner von einem Fluid umströmbaren Mantelflächen Drallelemente und/oder Turbulenzelemente aufweist.

Auf diese Weise kann die Fluidströmung innerhalb der Heizvorrichtung positiv beein- flusst werden. Es kann insbesondere eine bessere Durchmischung des Fluids erreicht werden., was zu einer homogeneren Temperaturverteilung innerhalb der Heizvorrichtung führen kann.

Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn das Spulengehäuse und/oder die Spule einen Temperatursensor aufweist. Dies ist vorteilhaft zur Bestimmung der Temperatur der Spule, um gegebenenfalls einer Überlastung vorbeugen zu können. Auch ist es vorteilhaft, wenn in einem von dem Fluid durchströmten Bereich ein Temperatursensor angeordnet ist Dies ist vorteilhaft um das Temperaturniveau des Fluids sicher erfassen zu können.

Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn der hydraulische Durchmesser von zumindest einen von dem Fluid durchströmten Bereich durch das Einbringen von einem Verdrängungskörper veränderbar ist. Dadurch lässt sich die Durchströmung der Heizvorrichtung optimieren _» was zu einer größeren Leistungsfähigkeit der Heizvorrichtung beitragen kann.

Auch ist es vorteilhaft, wenn das Flächenheizelement einseitig oder beidseitig von einem Fluid beströmbar ist.

Das Flächenheizelement steht bevorzugt in direktem Kontakt mit dem durch den Flu- idkanal durchströmenden Fluid, Dadurch wird eine gute und schneite Erwärmung des Fluids erreicht.

Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das Flächenheizelement beidseitig von einem Fluid beströmbar ist _» wobei die Strömungsrichtung des Fluids auf der einen Seite des Flächenheizelementes gleich oder entgegengesetzt der Strömungsrichtung auf der anderen Seite des Flächenheizelementes ist. Dadurch wird das Fluid seriell erst an der einen Seite und danach an der anderen Seite des Flächenheizelementes vorbei geführt. Dies steigert die Effektivität der Erwärmung,

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Element ein im Wesentlichen hohlzylindri- sches Element ist,

Auch ist es zu bevorzugen _» wenn das Flächenheizelement ein im Wesentlichen hohl- zylindrisches Element ist. Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn das ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Element ein hohlzylindrisches Element ist, wobei zumindest ein Flächenheizelement radial innerhalb und/oder außerhalb des hohlzylindrischen das magnetische Wechselfeld erzeugenden Elementes angeordnet ist. Dadurch wird eine bauraumgünstige Heizvorrichtung erzeugt. Auch ist es zu bevorzugen, wenn radial innerhalb und außerhalb des hohlzylindrischen das ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Element ein oder mehrere hohlzylindrische Flächenheizelemente angeordnet sind. Auch dadurch kann die Wärmeleistung erhöht werden, Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass das ein magnetisches Wechselfeld erzeugende Element eine im Wesentlichen hohlzylindrische Spule ist.

Auch ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinheit mit dem Gehäuse verbunden oder in dieses integriert ist.

Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn das Gehäuse aus einem magnetfeldabsorbierenden oder für magnetische Wechselfelder intransparenten Material besteht. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die Wandung aus einem magnetfeldtransparenten Material besteht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben,

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug- nähme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig,1 eine perspektivische Ansicht einer Heizvorrichtung mit einer integrierten Steuereinheit, Fig. 2 eine Schnittansicht der Heizvorrichtung gemäß Fig. 1 , und Fig. 3 eine Explosionsdarstellung der Heizvorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2,

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Heizvorrichtung 1. Die Heizvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 3 auf, an welches eine Steuereinheit 2 angebunden ist. Die Steuereinheit 2 ist dabei beispielsweise über Schraubverbindungen am Gehäuse 3 befestigt. Das Gehäuse 3 bildet einen zylindrischen Innenraum aus, in welchem die Komponenten der Heizvorrichtung 1 integriert sind. An den axialen Endbereichen des Gehäuses 3 sind Deckel 4, 5 vorgesehen, welche das Gehäuse 3 endseitig verschließen. Der Deckel 4 weist einen Fluidanschluss 6 und einen Fluidanschluss 7 auf, welche je nach Strömungsrichtung innerhalb der Heizvorrichtung 1 jeweils als Fluidzulauf bzw. als Fluidablauf verwendet werden können.

Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht, durch die in Fig. 1 gezeigte Heizvorrichtung 1 . Im oberen Bereich der Fig. 2 ist die Steuereinheit 2 dargestellt, auf welche im Nachfolgenden nicht näher eingegangen wird. Im Inneren des Gehäuses 3 ist ein Spulengehäuse 9 angeordnet, welches aus zwei zylindrischen Hohlkörpern 10, 1 1 gebildet ist. Innerhalb des Spulengehäuses 9 ist eine Spule 8 angeordnet. Diese Spule 8 bildet einen hohlzylindrischen Körper, welcher aus einer Wicklung von elektrisch leitfähigem Material gebildet ist. Die Spule 8 ist über eine elektrische Kontaktierung 12 mit der Steuereinheit 2 verbunden. Hierzu ist außerhalb des Gehäuses 3 ein Verbindungsbereich 13 vorgesehen, durch welchen die elektrische Kontaktierung 12 in die Steuereinheit 2 geführt werden kann. Das Spulengehäuse 9, welches durch die beiden zylindrischen Hohlkörper 10, 1 1 gebildet ist, kann in seinem Inneren zusätzlich zur Spule 9 ein Medium aufweisen, welches einerseits die Spule 8 fluiddicht im Inneren des Spulengehäuses 9 einschließt und andererseits die thermische Leitfähigkeit innerhalb des Spulengehäuses 9 erhöht.

Die beiden zylindrischen Hohlkörper 10, 1 1 weisen unterschiedliche Durchmesser auf, so dass sich durch das Ineinanderstecken der beiden zylindrischen Hohlkörper 10, 1 1 ein Hohlraum zwischen den zylindrischen Hohlkörpern 10, 1 1 ergibt, welcher den Aufnahmebereich für die Spule 8 bildet.

Im Zentrum des Spulengehäuses 9 ist ein Rohr 18 angeordnet, welches einen Kanal 14 ausbildet, durch welchen ein Fluid strömen kann. Der Kanal 14 steht dabei direkt mit dem Fluidanschluss 6 in Fluidkommunikation.

In Fig. 2 ist der Fluidanschluss 6 als Fluidzufluss ausgebildet Ein Fluid kann demnach durch den Fluidanschluss 6 entlang des Kanals 14 im Rohr 18 strömen und an dem, dem Fluidanschluss 6 abgewandten Endbereich des Rohrs 18 in einen Bereich innerhalb des zylindrischen Hohlkörpers 11 des Spulengehäuses 9 strömen.

Das Rohr 18 ist dabei auf einen Absatz, welcher am Inneren des Deckels 4 bzw. am Fluidanschluss 8 angebracht ist aufgesteckt und dort mit diesem verbunden. Der dem Fluidanschluss 6 abgewandte Endbereich des Rohrs 18 ist zum Deckel 5 derart beabstandet, dass sich ein Luftspalt zwischen dem Rohr 18 und dem Deckel 5 ergibt, durch welchen ein Fluid in den Kanal 15, welcher zwischen dem Rohr 18 und dem zylindrischen Hohlkörper 1 1 ausgebildet ist, einströmen kann. Das Fluid strömt dann durch den Kanal 15 hin zum Deckel 4. Zwischen dem Spulengehäuse 9 und dem Deckel 4 ist ein Luftspalt vorgesehen, durch welchen das Fluid schließlich in einen Kanal 16 überströmen kann, welcher zwischen dem Spulengehäuse und einem Flächenheizelement 19, welches ebenfalls als hohlzyündrischer Körper ausgebildet ist, gebildet ist. Das Fluid kann dann wieder in Richtung des Deckels 5 strömen. Zwischen dem Flächenheizelement 19 und dem Deckel 5 ist ebenfalls ein Luftspalt vorgesehen, durch welchen das Fluid abermals umgelenkt werden kann zwischen das Flächenheizelement 19 und einer Gehäusewand des Gehäuses 3 wieder in Richtung des Deckels 4 strömen kann. Zwischen dem Flächenheizelement 19 und der Gehäusewand kann ein weiteres Flächenheizelement 20 vorgesehen werden, Dieses Flächenheizelement 20 unterteilt dabei den Kanal 17 zwischen dem Flächenheizelement 19 und der Gehäusewand des Gehäuses 3 in Teilkanäle.

Über radial angeordnete Öffnungen in dem Deckel 4 kann das Fluid schließlich über den in Fig. 2 nicht gezeigten Fluidanschluss 7 aus der Heizvorrichtung 1 ausströmen. Das Spulengehäuse 9 ist derart in der Heizvorrichtung angeordnet, dass es beidseitig von einem Fluid umströmt werden kann. Auf diese Weise kann die entstehende Wärme innerhalb der Spule 8 vom Fluid abtransportiert werden und zusätzlich auf ein Aufheizeffekt für das Fluid erzeugt werden. An den dem Fluid zugewandten Außenflächen des Spulengehäuses 9 können vorteilhafterweise Oberflächenerweiterungselemente wie beispielsweise Drallelemente oder Turbulenzelemente vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Strömung eines Fluids derart positiv beeinflusst werde, dass ein Wärmeübergang zwischen den Flächenheizelementen innerhalb der Heizvorrichtung 1 und dem Fluid verbessert wird.

Die in der Heizvorrichtung 1 gezeigten Elemente, wie das Rohr 18, das Flächenheizelement 19 oder das Flächenheizelement 20, welche aus einem metallischen Werkstoff bestehen, können aufgrund eines Induktionseffektes erwärmt werden. Die Wärme kann dabei auf das um die Elemente strömende Fluid übertragen werden, wodurch das Fluid erhitzt wird.

Die Spule 8 ist über die elektrischen Kontaktierungen 12 vorzugsweise mit einer Stromquelle versehen, welche eine Wechselspannung an die Spule 8 weitergibt. Auf diese Weise kann ein magnetisches Wechselfeld erzeugt werden, welches zu einer Aufheizung der metallischen Elemente, wie beispielsweise des Rohrs 18 und den Flächenheizelementen 19 und 20, führen kann. Die Fig. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung der Heizvorrichtung 1 wie sie bereits in Fig. 1 und 2 gezeigt wurde. In Fig. 3 ist insbesondere zu erkennen, wie die einzelnen Elemente der Heizvorrichtung 1 ineinander angeordnet sind. So sind die Fluidan- schlüsse 6 bzw. 7 in Öffnungen des Deckels 4 einsetzbar und mit dem Rohr 18 bzw. dem Flächenheizelement 19 und einem Flächenheizelement 20 in das Gehäuse 2 einsetzbar. Das Spulengehäuse 9 und die Spule 8 mit ihren elektrischen Kontaktierungen 12 können gleichsam von der gegenüberliegenden Seite in das Gehäuse 2 eingeführt werden. Auf der Oberseite des Gehäuses 3 ist die Steuereinheit 2 vorgesehen, welche zur Ansteuerung der Spule 8 vorgesehen ist.

Durch die Gestaltung des Spulengehäuses 9 kann erreicht werden, dass die Spule 8 vollständig von dem durch die Heizvorrichtung 1 strömenden Fluid getrennt ist. Auf diese Weise kann ein elektrischer Kurzschluss vermieden werden. Weiterhin ist durch die Integration der Spule 8 und des Spulengehäuses 9, welches von Fluid um- strömt wird, ein vorteilhafter Wärmeübergang von der Spule auf das Fluid möglich.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele sind beispielhaft. Insbesondere hinsichtlich der Abmaße der Elemente, der geometrischen Gestaltung der einzelnen Elemente bzw. der Anordnung der Elemente zueinander weisen die Fig. 1 bis 3 keinen beschränkenden Charakter auf. Die einzelnen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele können untereinander kombiniert werden.