DE10028446B4 - Elektrische Zusatzheizeinrichtung - Google Patents

Abstract

Elektrische Zusatzheizeinrichtung mit PTC-Heizelementen und einem Halbleiterschalter, dadurch gekennzeichnet
a) dass der Halbleiterschalter in unmittelbarer Nachbarschaft der PTC-Heizelemente (15) angeordnet ist und
b) einen elektrisch isolierenden Wärmeleiter (1) aufweist, auf dem eine elektrisch leitende und wärmeleitende Platte (6), ein Stromausgangspad (2), ein Steuerpad (7) und ein Diagnosepad (8) mit den dazugehörigen Kontaktstreifen (10, 11, 13, 14) gelagert sind, und
c) dass auf der Platte (6) ein gehäuseloser Halbleiter-Chip (5) aufgebracht ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine elektrische Zusatzheizeinrichtung mit PTC-Heizelementen und einem Halbleiterschalter.
• Zusatzheizeinrichtungen mit PTC-Heizelementen, die beispielsweise in den Klimakasten eines Kraftfahrzeuges eingeschoben werden, und die mit einem Halbleiterschalter geschaltet werden, sind beispielsweise aus der DE 197 38 318 A1 bekannt.
• Aus der DE 197 51 423 A1 ist es weiterhin bekannt, einen Halbleiterschalter unmittelbar zum elektrischen Heizelement anzuordnen, wobei der Halbleiterschalter auch zusätzlich Schaltungsbestandteile wie eine Zeit- und/oder Temperatursteuerung enthalten kann.
• Standardisierte Halbleiterschalter werden im eigenen Gehäuse verbaut, wobei die Schalter in großem räumlichem Abstand zum Kühlmedium angeordnet werden. Durch den Innenwiderstand der Halbleiterschalter entsteht Verlustleistung in Form von Wärme. Es ist üblich, diese Verlustleistung mit in das Medium zu leiten, welches durch das Heizelement aufgeheizt werden soll. Aufgrund des großen räumlichen Abstands treten zahlreiche Materialübergänge bei langen Transportdistanzen auf, so dass insgesamt der Wärmeübergangswiderstand relativ groß ist. Aus diesen Gründen müssen leistungsstarke Halbleiterschalter eingesetzt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Zusatzheizeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der der Wärmeübertragungswiderstand zwischen dem Halbleiterschalter und dem Kühlmedium erniedrigt ist, so dass ein leistungsschwächerer Halbleiterschalter eingesetzt werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch eine Zusatzheizeinrichtung nach dem Anspruch 1 gelöst.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Zusatzheizeinrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 2.
• Ein wesentlicher Gesichtspunkt besteht darin, nicht einen standardisierten Halbleiterschalter in eigenem Gehäuse sondern nur den Schalter-Chip einzusetzen. Durch Plazierung dieses Chips (nur das Siliciumplättchen) direkt in das Heizelement kann die Verlustleistung direkt an das Kühlmedium abgegeben werden. Zusätzliche Wärmeleiter werden nicht benötigt. Die Montage ist einfach.
• Darüber hinaus können leistungsschwächere Halbleiterschalter verwendet werden. Gleichzeitig wird die Verlustwärme des Halbleiterschalters komplett als Heizleistung an das zu heizende Medium (üblicherweise Luft) abgegeben.
• Durch Integration des Halbleiterschalters direkt in der Wärmesenke des Heizelements wird der Wärmeübergang zwischen dem Schalter und dem Kühlmedium deutlich verringert, ist der Platzbedarf für die Halbleiterschalter deutlich reduziert und kann der mechanische Aufbau des Heizelements mit elektronischer Ansteuerung fertigungstechnisch und kostenmäßig günstiger gestaltet werden.
• Die Erfindung wird anhand der folgenden 1 bis 5 näher erläutert.
• 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Baueinheit mit Trägermaterial, Halbleiterchip und Kontaktierflächen;
• 2 zeigt eine Draufsicht auf die Baueinheit gemäß 1;
• 3 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch das Heizelement mit integrierter erfindungsgemäßer Baueinheit;
• 4 zeigt eine Draufsicht auf die Baueinheit gemäß 2 mit aufgesetzten Kontaktierungen und
• 5 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zusatzluftheizeinrichtung.
• Gemäß 1 und 2 wird ein Halbleiterschalter-Chip 5 (nur das Siliciumplättchen) eingesetzt. Der Chip 5 wird auf einen guten Wärmeleiter 6 (vorzugsweise Kupfer) aufgebracht. Von dort aus wird er am Stromausgangspad 2 angeschlossen, das die PTC-Elemente (Keramik), die die eigentliche Heizleistung erbringen, kontaktiert. Ein weiterer Anschluß erfolgt am Steuerpad 7 und am Diagnosepad 8, wobei der Anschluß vorzugsweise in Bond-Technik erfolgt. Alle diese Pads sind gute Wärmeleiter, vorzugsweise aus Kupfer, um eventuell über Verbindungsleitungen eingeleitete Wärme gut abführen zu können.
• Die Pads sind auf einen elektrisch nicht leitenden Wärmeleiter 1, der vorzugsweise aus Keramik besteht, aufgebracht.
• Auf die Pads ist ein Kontaktwerkstoff 3 aufgebracht, der gewährleistet, dass der thermische und elektrische Übergangswiderstand zu Kontaktstreifen 10, 11, 13, 14 minimiert ist.
• Gemäß 4 werden die Kontaktstreifen 10, 11, 13, die als Steuerstreifen ausgebildet sind, und der Kontaktstreifen 14, der als Diagnosestreifen ausgebildet ist, die alle aus einem guten Wärmeleiter, vorzugsweise Kupfer, gefertigt sind, über die Pads 2, 6, 7, 8 (siehe 2) gelegt.
• Diese modulartige Ausführung ist in 2 schematisch als Draufsicht dargestellt. Dabei ist die Ausbildung des Stromausgangspad 2 mit aufliegendem Kontaktwerkstoff 3 wiedergegeben. Der Chip 5 ist an das Ausgangspad 2, das Steuerpad 7 und das Diagnosepad 8 angeschlossen, die ihrerseits jeweils mit Kontaktwerkstoff 3 belegt sind.
• Gemäß 3 sind auf dem Kontaktwerkstoff 3 über die Pads 2, 6, 7 und 8 die Kontaktstreifen 10, 11, 13, 14 gelegt, wobei die Montage des Moduls mittels eines Rahmens 12 erfolgt. Dabei ist erkennbar, dass als nach oben abschliessende Bedeckung eine weitere elektrisch nicht leitende Wärmeleitschicht (Keramik) 17 auf den Kontaktstreifen 10, 11, 13, 14 aufliegt. Die modulare Baueinheit wird schließlich in den Heizstab 9 eingebracht und verpreßt, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist.
• In 4 ist schließlich als schematische Draufsicht die modulare Baueinheit mit aufgesetzten Kontaktierungen wiedergegeben.
• 5 gibt schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftzusatzheizeinrichtung wieder, wobei die erfindungsgemäße modulare Baueinheit innerhalb des Aluminiumrohres 9 an dessen anschlußseitigem Bereich angeordnet und unmittelbar mit den benachbarten PTC-Heizelementen 15 verbunden ist. Die Heizleistung von Halbleiterschalter-Modul und den PTC-Elementen 15 wird über Lamellen 16 an die Umgebung abgeführt.

Claims (2)

1. Elektrische Zusatzheizeinrichtung mit PTC-Heizelementen und einem Halbleiterschalter, dadurch gekennzeichnet a) dass der Halbleiterschalter in unmittelbarer Nachbarschaft der PTC-Heizelemente (15) angeordnet ist und b) einen elektrisch isolierenden Wärmeleiter (1) aufweist, auf dem eine elektrisch leitende und wärmeleitende Platte (6), ein Stromausgangspad (2), ein Steuerpad (7) und ein Diagnosepad (8) mit den dazugehörigen Kontaktstreifen (10, 11, 13, 14) gelagert sind, und c) dass auf der Platte (6) ein gehäuseloser Halbleiter-Chip (5) aufgebracht ist.
2. Zusatzheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter-Chip (5) am Stromausgangspad (2), am Steuerpad (7) und am Diagnosepad (8) vorzugsweise in Bond-Technik angeschlossen ist.