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EP3417673B1 - Wärmetauschersystem - Google Patents

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Info

Publication number
EP3417673B1
EP3417673B1 EP17705829.4A EP17705829A EP3417673B1 EP 3417673 B1 EP3417673 B1 EP 3417673B1 EP 17705829 A EP17705829 A EP 17705829A EP 3417673 B1 EP3417673 B1 EP 3417673B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat exchanger
module
substrate
carrier plate
water heat
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
EP17705829.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3417673A1 (de
Inventor
Christian Hainzlmaier
Marvin LAPPE
Christoph CAP
Karl GÖTTL
Hans Rechberger
Tobias Hentrich
Jürgen Lipp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
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 Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP3417673A1 publication Critical patent/EP3417673A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3417673B1 publication Critical patent/EP3417673B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/001—Heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01M—LUBRICATING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; LUBRICATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES; CRANKCASE VENTILATING
    • F01M5/00—Heating, cooling, or controlling temperature of lubricant; Lubrication means facilitating engine starting
    • F01M5/002—Cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0089—Oil coolers
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger system, in particular an oil-water heat exchanger system, in particular for connection to an internal combustion engine, preferably a motor vehicle, according to claim 1 and a method for producing such a heat exchanger system.
  • a heat exchanger system in particular an oil-water heat exchanger system, in particular for connection to an internal combustion engine, preferably a motor vehicle, according to claim 1 and a method for producing such a heat exchanger system.
  • EP 2 466 241 A1 describes an oil-water heat exchanger with several tub elements stacked one on top of the other and soldered together.
  • Such oil-water heat exchangers are usually integrated into the cooling circuit of internal combustion engines and can be used, for example, to cool the engine oil.
  • an electric heater is proposed there in an interior space of the heat exchanger in order to heat one of the fluids of the heat exchanger that interact with one another.
  • WO 2013/186106 A1 and WO 2013/030048 A1 referred.
  • heaters which have an electrical heating layer which heats up when an electrical voltage is applied (or when a current flows).
  • a household refrigeration appliance with a heating device is described there.
  • the heating device is made as a layer heater by painting and applied to a surface of an evaporator of the household refrigeration appliance.
  • the layer heating is according to DE 10 2011 006 248 A1 directly applied to a surface of the evaporator and hardly thermally insulating in order to impair the functionality of the evaporator as little as possible.
  • it is considered to be disadvantageous that production according to this prior art is comparatively complex and appears to be tailored to a very specific application.
  • a heat exchanger system for connection to an internal combustion engine, comprising at least one oil-water heat exchanger module and a layered heating module that is mounted or can be mounted on an outside of the cover of the oil-water heat exchanger module.
  • the layer heating module comprises a substrate, in particular a carrier plate, and a heating coating applied to the substrate, in particular the carrier plate.
  • a core idea of the invention is to provide a layer heating module comprising a substrate and a heating coating for connection to a heat exchanger module, in particular an oil-water heat exchanger module.
  • the heating coating is not applied directly to the heat exchanger, but to a separate substrate, which in turn is mounted (attached) to the heat exchanger (heat exchanger module).
  • the advantages described in the prior art are deliberately (at least partially) dispensed with in favor of a simple and extremely variable (flexible) production.
  • the provision of the substrate initially increases the overall installation space of the heat exchanger system.
  • the heat transfer is also fundamentally less effectively.
  • the path was taken to provide a (separate) layer heating module in order to enable at least one fluid flowing in a heat exchanger to be heated effectively and with simple means.
  • existing heat exchangers of different types and/or different sizes
  • the substrate is preferably a plate-shaped substrate, in particular a carrier plate.
  • the plate preferably has two (at least substantially) planar surfaces. Unevenness preferably has a maximum height of 5 mm, preferably 2 mm, even more preferably 0.5 mm.
  • the substrate, in particular the carrier plate can have a polygonal, in particular square, preferably rectangular outline or a (circular) round or elliptical or irregularly shaped outline.
  • a thickness of the substrate, in particular of the carrier plate is preferably at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, even more preferably at least 2 mm and/or at most 20 mm, preferably at most 12 mm, even more preferably at most 8 mm.
  • the layered heating module is preferably materially connected to the heat exchanger module, in particular glued to the heat exchanger module, and/or connected to the heat exchanger module in a non-positive and/or positive manner, in particular clamped on.
  • the layer heating module can also be connected to the heat exchanger module in some other way, for example by mechanical fasteners (e.g. screws and/or bolts).
  • a latching connection can also be provided as an alternative or in addition, for example in such a way that the layer heating module snaps into latching devices of the heat exchanger module.
  • the substrate in particular the carrier plate, is preferably made at least partially from a (thermally and/or electrically) insulating material.
  • a thermally insulating material is to be understood in particular as a material with a thermal conductivity (at 25° C.) of less than 10 W/mK or less than 2 W/mK or less than 0.8 W/mK or less than 0.5 W/mK.
  • an electrically insulating material is a material with a specific resistance (at 25 °C) of at least 10 5 ⁇ mm 2 m -1 or at least 10 9 ⁇ mm 2 m -1 2 W/mK or at least 10 12 ⁇ mm 2 m -1 .
  • the substrate, in particular the support plate can in particular be made of a (possibly insulating) ceramic.
  • the substrate, in particular the carrier plate is made of a conductor, for example metal.
  • an insulating layer can then be provided between the heating coating and the substrate, in particular the carrier plate.
  • the electrical heating coating is applied directly to the substrate, in particular the carrier plate.
  • the substrate, preferably the carrier plate is made of an insulating material, the substrate can synergistically serve as a carrier for the additional module and as a structure that allows at least sectional insulation of the electrical heating coating from the heat exchanger module.
  • the heating coating and/or insulating layer is preferably applied to the (full) surface of the substrate. Furthermore, the heating coating and/or the insulation layer can have an (at least essentially) constant layer thickness. The heating coating or the insulating layer can be applied directly to the substrate. The heating coating and/or the insulating layer can be dimensionally unstable (or non-self-supporting) per se.
  • the heating coating is arranged on the side of the substrate, in particular the carrier plate, that faces the heat exchanger module.
  • the heat exchanger module can be effectively preheated.
  • an intermediate space is preferably formed at least in sections between the layer heating module and the heat exchanger module.
  • the intermediate space is preferably filled (at least in sections) with a filling material (“gap filler”), in particular a possibly compressible and/or elastically and/or plastically deformable film.
  • the film is preferably (well) thermally conductive and more preferably has a thermal conductivity (at 25° C.) of at least 15 W/mK or at least 50 W/mK or at least 100 W/mK or at least 180 W/mK.
  • the heating coating on the dem Heat exchanger module facing side of the substrate, in particular the support plate is arranged, thereby a simple insulation (at least in sections) of the heating coating can be achieved with respect to the heat exchanger module.
  • the heating coating in the installed state
  • an insulating layer or an insulating cover can optionally be arranged on the heating coating (specifically on the side of the heating coating that points away from the substrate, in particular the carrier plate).
  • the heat exchanger module can also have a corresponding insulating layer or generally have an insulating surface.
  • contacting of the heating coating runs through the substrate, in particular the carrier plate.
  • the contact can more preferably run through the substrate at least twice, preferably in such a way that a conductor section of the contact runs parallel to (touching) the heating coating.
  • the heating coating is grounded via the heat exchanger module, in particular a housing of the heat exchanger module.
  • a ground contact (pad) or a spring or the like can be formed between the heating coating and the heat exchanger module.
  • a grounding line can also optionally be routed through the substrate, in particular the carrier plate, and then grounded either externally (i.e. not via the heat exchanger module) or via the heat exchanger module be. Overall, a comparatively simple closing of the circuit is made possible.
  • both sides of the substrate, in particular the carrier plate, are provided with a heating coating. This allows for particularly effective heating.
  • At least two heat exchanger modules and/or at least two layer heating modules are provided. At least one layer heating module is preferably arranged between two heat exchanger modules. At least one heat exchanger module can also be arranged between two layer heating modules. In principle, several, for example at least two, or at least three layer heating modules can be arranged on a heat exchanger module. Overall, this allows an effective exchange of heat and a heating of at least one of the fluids to take place in a flexible manner.
  • the substrate in particular the carrier plate, is preferably dimensionally stable or made from a dimensionally stable material.
  • a layer heating module for a heat exchanger in particular an oil-water heat exchanger, the layer heating module having the above and/or following features.
  • At least one hole is preferably made in the substrate, in particular the carrier plate, to produce the layered heating module. More preferably, contact is made with the heating coating through the at least one hole.
  • a blind hole is made in the substrate, in particular the carrier plate, in a first sub-step, the heating coating is applied to the substrate in a second sub-step (following the first sub-step) and in a third sub-step (following the second sub-step).
  • a conductor portion is routed toward an end of the blind hole, preferably such that a bottom of the blind hole breaks so that the conductor portion comes into contact with the heater coating.
  • two holes can be created in the substrate.
  • a contact for the heater coating is routed through both holes and more preferably runs (at least in sections) parallel to a plane defined by the heater coating (touching the heater coating).
  • these process features are also proposed as preferred embodiments of the process.
  • a bimetal switch possibly with two redundant switch devices, can be provided for controlling, in particular regulating, the electrically heated coating.
  • the heating coating can be applied to the substrate, in particular the carrier plate, indirectly, in particular via an insulating layer.
  • Such an insulating layer can be formed, for example, by an adhesion promoter layer.
  • a polymer material can preferably be used for the insulating layer.
  • the insulating layer is preferably provided by passivation, in particular oxidation, in particular anodizing (of aluminum or an aluminum alloy).
  • the heating coating can be applied directly to the substrate, in particular the carrier plate (for example in low-voltage applications and/or when the substrate is not electrically conductive or only poorly conductive).
  • the complicated structure in the prior art comprising a heating layer, a complex insulating layer and an adhesion promoter layer, can be reduced.
  • the heating coating can be cohesively connected to a surface of the substrate, in particular the carrier plate.
  • the layer heating module is arranged on a heat exchanger cover of the (oil-water) heat exchanger module.
  • a heat exchanger cover of the (oil-water) heat exchanger module is also possible when used on the outside of the cover (which can be advantageous, for example with regard to contacting).
  • the heating coating is designed as a continuous (in particular unstructured and/or uninterrupted) layer.
  • the heating coating may generally have at least one portion within which there are no breaks in the heating coating in two mutually perpendicular directions over a distance of at least 1 cm, preferably at least 2 cm, more preferably at least 4 cm.
  • the heating coating can comprise at least one rectangular section with a length and a width of at least 1 cm, preferably at least 2 cm, even more preferably at least 4 cm, within which there are no interruptions or any other structures in the heating coating.
  • a "break" within the heater coating is understood to mean a section through which no current can flow, for example because this section is (entirely) free of material remains and/or is (at least partially) filled by an insulator.
  • the heater coating can be thermally sprayed (regardless of whether it is unstructured or structured, in the final state). In this context, it has surprisingly been shown that even such a simply designed heating coating can bring about sufficient heating of the oil.
  • the heating coating is designed as a structured layer.
  • the heating coating is preferably structured by a masking process (preferably using silicone that can be embossed).
  • a masking process preferably using silicone that can be embossed.
  • Known masking methods of this type allow satisfactory structuring and are less complex than, for example, laser methods for structuring, which are used precisely in the high-voltage area. Overall, therefore, the advantages of a masking process with regard to the present heating coating are exploited in a synergistic manner.
  • the insulating layer described above can have a thickness of at least 50 ⁇ m, preferably at least 200 ⁇ m and/or at most 1000 ⁇ m, preferably at most 500 ⁇ m.
  • the heating coating preferably has a height (thickness) of at least 5 ⁇ m, preferably at least 10 ⁇ m and/or at most 1 mm, preferably at most 500 ⁇ m, more preferably at most 30 ⁇ m, even more preferably at most 20 ⁇ m.
  • a conductor track defined by the heating coating can be at least 1 mm, preferably at least 3 mm, even more preferably at least 5 mm, even more preferably at least 10 mm, even more preferably at least 30 mm wide.
  • “Width” is to be understood as meaning the extent of the conductor track perpendicular to its longitudinal extent (which usually also defines the direction of the current flow).
  • a protective covering for example a silicone protective layer, is applied over the heating coating.
  • the heating coating can also define an outside of the layered heating module.
  • the oil-water heat exchanger module has a number of sub-units, in particular pan elements, which more preferably, as in EP 2 466 241 A1 described, can be formed.
  • the oil-water heat exchanger module (apart from the layer heating module according to the invention) as in EP 2 466 241 A1 or U.S. 2015/0176913 A1 described, be trained.
  • the disclosure of these publications is hereby explicitly incorporated by reference.
  • at least one layer heating module can optionally be arranged between two sub-units.
  • the oil-water heat exchanger module comprises a plurality of pan elements, at least one layer heating module can be arranged (applied) between two of these pan elements (on one of the pan elements).
  • the preheating additional heating
  • the oil-water heat exchanger can have a turbulator.
  • the turbulator may be close, e.g. B. not more than 5 cm, in particular not more than 2 cm, be formed into a heating coating and / or be equipped with a heating coating. This, too, is a further possibility of improving the heating of the fluid in a simple manner (namely without the provision of further components).
  • synergistic use is made of the fact that in the area of a turbulator there can be increased heat transfer due to the turbulence generated.
  • the insulating layer can be a ceramic material or a polymer material or can consist of such a material, Al 2 O 3 , for example, coming into consideration as the ceramic material.
  • the heating layer can be applied, for example, in a plasma coating process, in particular plasma spraying, or in a screen printing process or as a resistance paste, in particular on the insulating layer.
  • a plasma coating process for example, an electrically conductive layer can first be applied, in particular to the insulating layer. Areas can then be cut out of the electrically conductive layer so that one or more conductor tracks remain.
  • a masking technique is preferably used.
  • the conductor tracks can then form the heating resistor or multiple heating resistors.
  • the areas mentioned can alternatively to a masking technique, for example be cut out of the conductive layer by means of a laser.
  • the heating coating can be a metal layer, for example, and optionally contain nickel and/or chromium or consist of these materials. For example, 70-90% nickel and 10-30% chromium can be used, with a ratio of 80% nickel and 20% chromium being found to work well.
  • the heating coating can, for example, occupy an area of at least 5 cm 2 , preferably at least 10 cm 2 and/or at most 200 cm 2 , preferably at most 100 cm 2 .
  • the (oil-water) heat exchanger module or the (oil-water) heat exchanger system can have a total volume of preferably at least 200 cm 3 , more preferably at least 500 cm 3 , even more preferably at least 800 cm 3 and/or at most 5000 cm 3 , preferably at most 2000 cm 3 .
  • the (oil-water) heat exchanger module or the (oil-water) heat exchanger system can be 15-25 cm long and/or 8-12 cm wide and/or 3-7 cm high (thick).
  • the heat exchanger module in particular the oil-water heat exchanger module, preferably has one or more first fluid channels for conducting a first fluid, in particular the oil, and one or more second fluid channels for conducting a second fluid, in particular the water.
  • the oil-water heat exchanger module 10 can, for example as in EP 2 466 241 A1 described, be constructed, in particular several (possibly soldered together) pan elements have.
  • the layered heating module 11 comprises a support plate 12 and an electrical heating coating 13.
  • the layered heating module 11 is preferably mounted on a cover 28 of the oil-water heat exchanger 10.
  • the electrical heating coating 13 is (which is not mandatory) applied to a side 14 of the carrier plate 12 facing the oil-water heat exchanger module 10 .
  • the reference number 15 shows a first variant for producing a ground contact, specifically by a pad 15 that connects the heating coating 13 to the oil-water heat exchanger module 10 (in particular a housing thereof).
  • a further alternative is indicated by the reference number 16, which specifically shows a pipe 16 which also connects the electric heating coating to the oil-water heat exchanger module 10 (in particular a housing thereof).
  • the line 16 could also be grounded externally (ie not via the oil/water heat exchanger module 10).
  • a contact corresponding to the ground contact is not shown. However, such a second contact could also be formed by a line analogous to line 16 if this is corresponding (deviating from 1 ) connected.
  • a first embodiment of a contacting of the electrical heating coating is shown.
  • the electric heating coating 13 is located on a side 14 facing the carrier plate (not shown).
  • a side facing away from the carrier plate is identified by the reference number 17 .
  • the carrier plate 12 has a hole 18 through which a conductor section 19 forming the contact is passed.
  • one end 20 of the conductor section 19 is designed as a widening and in or above a recess 21 arranged. The end 20 is then preferably overmolded when the heating coating 13 is produced, so that a contact is formed.
  • In 3 is an embodiment similar to 2 shown, in which, however, no widening end 20 and no recess 21 is provided.
  • FIG. 4 shows a schematic section of the layer heating module before final completion. Specifically, a conductor section 19 is shown here, which is inserted into a blind hole 22 . A second blind hole 23 is provided opposite (or adjoining) the first blind hole 22 (which is not mandatory).
  • the heating coating 13 is applied and then a predetermined breaking point 24 between the two blind holes 22, 23 is broken through, so that the conductor section 19 can come into contact with the heating coating 13.
  • the predetermined breaking point 24 is preferably defined by a web.
  • FIG 5 another possibility of contacting the heating coating 13 is shown.
  • a first hole 25 and a second hole 26 are made in the support plate 12 .
  • a conductor section 19 is guided both through the first hole 25 and through the second hole 26, so that a conductor sub-section 27 runs parallel to the heating layer 13, touching it.
  • the electrical heating coating is preferably applied (sprayed on) after the conductor section 19 has been attached.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschersystem, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauschersystem, insbesondere zum Anschließen an einen Verbrennungsmotor, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wärmetauschersystems. Beispielsweise EP 2 466 241 A1 beschreibt einen Öl-Wasser-Wärmetauscher mit mehreren aufeinandergestapelten und miteinander verlöteten Wannenelementen. Derartige Öl-Wasser-Wärmetauscher werden üblicherweise in den Kühlkreislauf von Verbrennungsmotoren integriert und können beispielsweise zum Kühlen des Motoröls verwendet werden.
  • Ein weiterer Ol-Wasser-Wärmetauscher ist in US 2015/0176913 A1 oder JP2007016857 A gezeigt.
  • In einer besonderen Ausführungsform wird dort ein elektrischer Heizer in einem Innenraum des Wärmetauschers vorgeschlagen, um eines der miteinander wechselwirkenden Fluide des Wärmetauschers zu erwärmen.
  • Grundsätzlich wird es bei den bekannten Öl-Wasser-Wärmetauschern als nachteilig empfunden, dass bei diesen entweder gar nicht oder nur vergleichsweise aufwändig und ineffektiv (insbesondere langsam) ein Vorheizen erfolgen kann. Insbesondere wird die Reduktion von Schadstoffen, die entstehen, wenn das Motoröl nicht auf Betriebstemperatur ist, als verbesserungswürdig angesehen.
  • Weiterhin sei hinsichtlich des Standes der Technik grundsätzlich auf WO 2013/186106 A1 und WO 2013/030048 A1 verwiesen. Dort werden Heizungen beschrieben, die eine elektrische Heizschicht aufweisen, die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung (bzw. dem Fließen eines Stroms) erwärmt.
  • Weiterhin sei hinsichtlich des Standes der Technik auf DE 10 2011 006 248 A1 verwiesen. Dort wird ein Haushaltskältegerät mit einer Heizvorrichtung beschrieben. Die Heizvorrichtung ist als Schichtheizung durch Lackieren hergestellt und auf eine Oberfläche eines Verdampfers des Haushaltskältegeräts aufgetragen. Konkret ist die Schichtheizung gemäß DE 10 2011 006 248 A1 direkt auf einer Oberfläche des Verdampfers flächig aufgetragen und kaum thermisch isolierend, um die Funktionalität des Verdampfers nur möglichst gering zu beeinträchtigen. Als nachteilhaft wird jedoch angesehen, dass die Herstellung gemäß diesem Stand der Technik vergleichsweise aufwändig ist und auf einen sehr speziellen Anwendungsfall zugeschnitten erscheint.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Wärmetauschersystem vorzuschlagen, bei dem auf einfache Art und Weise und dennoch effektiv eine Erwärmung mindestens eines in einem Wärmetauscher strömenden Fluids erfolgen kann. Diese Aufgabe wird durch ein Wärmetauschersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Insbesondere wird die Aufgabe durch ein Wärmetauschersystem, zum Anschluss an einen Verbrennungsmotor, gelöst, umfassend mindestens ein Öl-Wasser- Wärmetauscher-Modul, sowie ein Schichtheizmodul, das auf einer Außenseite des Deckels des Öl-Wasser-Wärmetauscher-Moduls montiert oder montierbar ist, wobei das Schichtheizmodul ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte, sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebrachte Heizbeschichtung umfasst.
  • Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, ein Schichtheizmodul umfassend ein Substrat sowie eine Heizbeschichtung zum Anschluss an ein Wärmetauscher-Modul, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul, bereitzustellen. In einer Abkehr vom Stand der Technik wird die Heizbeschichtung also nicht unmittelbar auf den Wärmetauscher aufgebracht, sondern auf ein separates Substrat, das wiederum an den Wärmetauscher (Wärmetauscher-Modul) montiert (befestigt) wird. Es wird dabei durchaus bewusst (zumindest teilweise) auf die im Stand der Technik beschriebenen Vorteile zugunsten einer einfachen und äußerst variablen (flexiblen) Herstellung verzichtet. Insbesondere ist festzustellen, dass durch das Vorsehen des Substrates der Gesamt-Bauraum des Wärmetauschersystems zunächst vergrößert wird. Auch die Wärmeübertragung ist grundsätzlich weniger effektiv. Dennoch wurde erfindungsgemäß der Weg eingeschlagen, ein (separates) Schichtheizmodul vorzusehen, um eine Erwärmung mindestens eines in einem Wärmetauscher strömenden Fluides effektiv und mit einfachen Mitteln zu ermöglichen. Insbesondere ist eine Aufrüstung bereits bestehende Wärmetauscher (und zwar verschiedenen Typs und/oder verschiedener Größe) auf einfache Art und Weise möglich, ggf. durch ein und dasselbe Schichtheizmodul.
  • Bei dem Substrat handelt es sich vorzugsweise um ein plattenförmiges Substrat, insbesondere eine Trägerplatte. Die Platte weist vorzugsweise zwei (zumindest im Wesentlichen) ebene Oberflächen auf. Unebenheiten haben vorzugsweise eine maximale Höhe von 5 mm, vorzugsweise 2 mm, noch weiter vorzugsweise 0,5 mm. Das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, kann einen vieleckigen, insbesondere viereckigen, vorzugsweise rechteckigen Grundriss oder einen (kreis-) runden oder elliptischen oder unregelmäßig geformten Grundriss aufweisen. Eine Dicke des Substrats, insbesondere der Trägerplatte, beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 2 mm und/oder höchstens 20 mm, vorzugsweise höchstens 12 mm, noch weiter vorzugsweise höchstens 8 mm.
  • Vorzugsweise ist das Schichtheizmodul stoffschlüssig mit dem Wärmetauscher-Modul verbunden, insbesondere auf das Wärmetauscher-Modul aufgeklebt, und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Wärmetauscher-Modul verbunden, insbesondere aufgeklemmt. Dadurch wird auf einfache Weise ein zuverlässig funktionierendes Wärmetauschersystem hergestellt. Alternativ kann das Schichtheizmodul auch auf andere Weise mit dem Wärmetauschermodul verbunden werden, beispielsweise durch mechanische Befestigungsmittel (z.B. Schrauben und/oder Bolzen). Auch eine Rastverbindung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, beispielsweise derart, dass das Schichtheizmodul in Rasteinrichtungen des Wärmetauschermoduls einschnappt.
  • Vorzugsweise ist das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, zumindest teilweise aus einem (thermisch und/oder elektrisch) isolierenden Material gefertigt. Unter einem thermisch isolierenden Material ist insbesondere ein Material mit einer Wärmeleitzahl (bei 25 °C) von unter 10 W/mK oder unter 2 W/mK oder unter 0,8 W/mK oder unter 0,5 W/mK zu verstehen. Unter einem elektrisch isolierenden Material ist insbesondere ein Material mit einem spezifischen Widerstand (bei 25 °C) von mindestens 105 Ω·mm2·m-1 oder mindestens 109 Ω·mm 2·m -1 2 W/mK oder mindestens 1012 Ω·mm 2·m -1 zu verstehen. Das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, kann insbesondere aus einer (ggf. isolierenden) Keramik gefertigt sein. Es ist alternativ auch denkbar, dass das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, aus einem Leiter, beispielsweise Metall gefertigt ist. Dann kann ggf. eine Isolierschicht zwischen der Heizbeschichtung und dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch im Allgemeinen, wenn die elektrische Heizbeschichtung unmittelbar auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebracht ist. Insbesondere wenn das Substrat, vorzugsweise die Trägerplatte, aus einem isolierenden Material gefertigt ist, kann auf synergistische Weise das Substrat gleichzeitig als Träger für das Zusatzmodul und als Struktur, die zumindest eine abschnittsweise Isolierung der elektrischen Heizbeschichtung gegenüber dem Wärmetauschermodul erlaubt, dienen.
  • Die Heizbeschichtung und/oder Isolationsschicht ist vorzugsweise (voll-)flächig auf dem Substrat aufgebracht. Weiterhin kann die Heizbeschichtung und/oder die Isolationsschicht eine (zumindest im Wesentlichen) konstante Schichtdicke aufweisen. Die Heizbeschichtung oder die Isolationsschicht kann unmittelbar auf dem Substrat aufgebracht sein. Die Heizbeschichtung und/oder die Isolationsschicht kann/können per se forminstabil (bzw. nicht-selbsttragend) ausgebildet sein.
  • In einer konkreten Ausführungsform ist die Heizbeschichtung auf der dem Wärmetauschermodul zugewandten Seite des Substrates, insbesondere der Trägerplatte, angeordnet. Bei einer derartigen Ausführungsform kann das Wärmetauschermodul effektiv vorgeheizt werden.
  • Vorzugsweise ist im montierten Zustand des Schichtheizmoduls zumindest abschnittsweise ein Zwischenraum zwischen Schichtheizmodul und Wärmetauschermodul ausgebildet. Der Zwischenraum ist vorzugsweise (zumindest abschnittsweise) mit einem Füllmaterial ("gap filler"), insbesondere einer ggf. komprimierbaren und/oder elastisch und/oder plastisch verformbaren Folie, ausgefüllt. Die Folie ist vorzugsweise thermisch (gut) leitend und weist weiter vorzugsweise eine Wärmeleitzahl (bei 25 °C) von mindestens 15 W/mK oder mindestens 50 W/mK oder mindestens 100 W/mK oder mindestens 180 W/mK auf. Insbesondere wenn die Heizbeschichtung auf der dem Wärmetauschermodul zugewandten Seite des Substrates, insbesondere der Trägerplatte, angeordnet ist, kann dadurch eine einfache Isolierung (zumindest abschnittsweise) der Heizbeschichtung gegenüber dem Wärmetauschermodul erreicht werden. Grundsätzlich kann jedoch (im montierten Zustand) die Heizbeschichtung auch (ggf. vollflächig) in Kontakt mit einer Oberfläche des Wärmetauschermoduls stehen. In einem solchen Fall kann ggf. auf der Heizbeschichtung (konkret auf der Seite der Heizbeschichtung, die von dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, weg weist) eine Isolierschicht oder ein Isolierdeckel angeordnet sein. Ggf. kann jedoch auch das Wärmetauschermodul eine entsprechende Isolierschicht aufweisen oder generell eine isolierende Oberfläche aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform verläuft eine Kontaktierung der Heizbeschichtung durch das Substrat, insbesondere die Trägerplatte.
  • Die Kontaktierung kann weiter vorzugsweise mindestens zweimal durch das Substrat verlaufen, vorzugsweise derart, dass ein Leiterabschnitt der Kontaktierung parallel zu der Heizbeschichtung (diese berührend) verläuft.
  • Bei derartigen Ausführungsformen wird eine einfache und dennoch zuverlässige Kontaktierung, die zugleich platzsparend ist, ermöglicht.
  • In einer Ausführungsform ist die Heizbeschichtung über das Wärmetauschermodul, insbesondere ein Gehäuse des Wärmetauschermoduls geerdet. Konkret kann dazu zwischen Heizbeschichtung und Wärmetauschermodul ein Masse-Kontakt (pad) oder eine Feder oder Ähnliches ausgebildet sein. Wenn die Heizbeschichtung auf der dem Wärmetauschermodul zugewandten Seite des Substrates, insbesondere der Trägerplatte, angeordnet ist, kann eine Erdungsleitung auch ggf. durch das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, hindurchführen und dann entweder extern (also nicht über das Wärmetauschermodul) oder über das Wärmetauschermodul geerdet sein. Insgesamt wird ein vergleichsweise einfaches Schließen des Stromkreises ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Seiten des Substrates, insbesondere der Trägerplatte, mit einer Heizbeschichtung versehen. Dadurch kann besonders effektiv geheizt werden.
  • In weiteren Ausführungsformen sind mindestens zwei Wärmetauschermodule und/oder mindestens zwei Schichtheizmodule vorgesehen. Vorzugsweise ist mindestens ein Schichtheizmodul zwischen zwei Wärmetauschermodulen angeordnet. Es kann auch mindestens ein Wärmetauschermodul zwischen zwei Schichtheizmodulen angeordnet sein. Grundsätzlich können an einem Wärmetauschermodul mehrere, beispielsweise mindestens zwei, oder mindestens drei Schichtheizmodule angeordnet werden. Insgesamt können dadurch auf flexible Art und Weise ein effektiver Austausch von Wärme und eine Erwärmung mindestens eines der Fluide erfolgen.
  • Vorzugsweise ist das Schichtheizmodul für einen Betrieb im Niedervoltbereich (= vorzugsweise weniger als 100 V, weiter vorzugsweise weniger als 60 V (Gleichstrom), vorzugsweise 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt ausgelegt. Entsprechend können elektrische und/oder elektronische Komponenten, die für einen Betrieb des Schichtheizmoduls notwendig sind, ausgelegt sein. Dadurch kann eine ggf. notwendige Isolierung vergleichsweise einfach ausgebildet sein. Insbesondere sind aufwändige Isolierungen, wie üblicherweise im Stand der Technik (beim dem im Hochvoltbereich gearbeitet wird), nicht notwendig.
  • Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch die Verwendung eines Schichtheizmoduls mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Weiter wird die oben genannte Aufgabe unabhängig durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschersystems mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst, umfassend die Schritte:
    • Bereitstellung oder Herstellung eines Wärmetauschermoduls, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher-Moduls, sowie eines (separaten) Schichtheizmoduls, umfassend ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte, sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung; und
    • (stoff- und/oder kraft- und/oder formschlüssiges )Verbinden von Wärmetauschermodul und Schichtheizmodul, insbesondere durch Kleben und/oder Anklemmen.
  • Das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, ist vorzugsweise formstabil bzw. aus einem formstabilen Material gefertigt.
  • Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Schichtheizmodul für einen Wärmetauscher, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauscher, gelöst, wobei das Schichtheizmodul die obigen und/oder nachfolgenden Merkmale aufweist.
  • Vorzugsweise wird zur Herstellung des Schichtheizmoduls mindestens ein Loch in das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, eingebracht. Weiter vorzugsweise wird durch das mindestens eine Loch eine Kontaktierung der Heizbeschichtung geführt. In einer konkreten Ausführungsform wird in einem ersten Teilschritt ein Sackloch in das Substrat, insbesondere die Trägerplatte, eingebracht, in einem zweiten (auf den ersten Teilschritt folgenden) Teilschritt die Heizbeschichtung auf das Substrat aufgetragen und in einem (auf den zweiten Teilschritt folgenden) dritten Teilschritt ein Leiterabschnitt gegen ein Ende des Sackloches geführt, vorzugsweise so dass ein Boden des Sacklochs bricht, so dass der Leiterabschnitt in Kontakt mit der Heizbeschichtung kommt. Alternativ oder zusätzlich können zwei Löcher im Substrat geschaffen werden. Vorzugsweise wird eine Kontaktierung für die Heizbeschichtung durch beide Löcher geführt und verläuft weiter vorzugsweise (zumindest abschnittsweise) parallel zu einer Ebene, die durch die Heizbeschichtung definiert wird (die Heizbeschichtung berührend). Insofern weiter oben (im Zusammenhang mit dem Wärmetauschersystem) Merkmale beschrieben sind, die zumindest auch mit der Herstellung des Wärmetauschersystems in Zusammenhang stehen, werden diese Verfahrensmerkmale auch als bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens vorgeschlagen.
  • Für eine Steuerung, insbesondere Regelung, der elektrischen Heizbeschichtung kann ein Bi-Metall-Schalter, evtl. mit zwei redundanten Schaltereinrichtungen, vorgesehen sein.
  • Die Heizbeschichtung kann mittelbar, insbesondere über eine Isolationsschicht vermittelt, auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebracht sein.
  • Eine derartige Isolationsschicht kann beispielsweise durch eine Haftvermittlerschicht gebildet werden. Vorzugsweise kann für die Isolationsschicht ein Polymermaterial verwendet werden. Bevorzugt wird die Isolierschicht jedoch durch eine Passivierung, insbesondere ein Oxidieren, insbesondere Eloxieren (von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung) bereitgestellt. Insgesamt wird (gerade in Niedervolt-Anwendungen) eine einfache und dennoch ausreichende elektrische Isolierung bereitgestellt. Alternativ kann die Heizbeschichtung unmittelbar auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte, aufgebracht sein (beispielsweise in Niedervolt-Anwendungen und/oder wenn der Untergrund nicht oder nur schlecht elektrisch leitend ist). Insgesamt kann der komplizierte Aufbau im Stand der Technik, umfassend eine Heizschicht, eine aufwändige Isolierschicht sowie eine Haftvermittlerschicht reduziert werden. Grundsätzlich kann die Heizbeschichtung stoffschlüssig mit einer Oberfläche des Substrats, insbesondere der Trägerplatte, verbunden sein.
  • In einer konkreten Ausführungsform ist das Schichtheizmodul auf einem Wärmetauscherdeckel des (Öl-Wasser-)Wärmetauschermoduls angeordnet. Gerade bei einer Niedervoltanwendung ist auch bei einer Anwendung auf der Außenseite des Deckels (die beispielsweise im Hinblick auf die Kontaktierung vorteilhaft sein kann) ein ausreichend sicherer Gebrauch des (Öl-Wasser-) Wärmetauscher-Moduls (selbst ohne weiteres Schutzelement) möglich. Insgesamt wird dadurch eine einfache und dennoch zuverlässig funktionierende Struktur vorgeschlagen.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist die Heizbeschichtung als durchgehende (insbesondere unstrukturierte und/oder ununterbrochene) Schicht ausgebildet. Die Heizbeschichtung kann im Allgemeinen mindestens einen Abschnitt aufweisen, innerhalb dessen in zwei aufeinander senkrechten Richtungen über einen Weg von mindestens 1 cm, vorzugsweise mindesten 2 cm, noch weiter vorzugsweise mindestens 4 cm keine Unterbrechungen in der Heizbeschichtung vorliegen. Beispielsweise kann die Heizbeschichtung mindestens einen rechteckförmigen Abschnitt mit einer Länge und einer Breite von je mindestens 1 cm, vorzugsweise mindesten 2 cm, noch weiter vorzugsweise mindestens 4 cm umfassen, innerhalb dessen keine Unterbrechungen oder ggf. sonstigen Strukturen in der Heizbeschichtung vorliegen. Unter einer "Unterbrechung" innerhalb der Heizbeschichtung ist ein Abschnitt zu verstehen, durch den kein Strom fließen kann, beispielsweise da dieser Abschnitt (gänzlich) frei von Material bleibt und/oder (zumindest teilweise) durch einen Isolator ausgefüllt ist. Die Heizbeschichtung kann thermisch aufgespritzt werden (unabhängig davon, ob sie unstrukturiert oder strukturiert ist, im Endzustand). In diesem Zusammenhang hat es sich überraschend gezeigt, dass selbst eine derartig einfach ausgebildete Heizbeschichtung eine ausreichende Erwärmung des Öls bewirken kann.
  • In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Heizbeschichtung als strukturierte Schicht ausgebildet. Die Heizbeschichtung wird dabei vorzugsweise durch ein Maskierverfahren (vorzugsweise unter Verwendung von Silikon, das geprägt werden kann) strukturiert. Derartige bekannte Maskierverfahren, erlauben eine zufriedenstellende Strukturierung und sind weniger aufwändig als beispielsweise Laserverfahren zur Strukturierung, die gerade im Hochvoltberiech eingesetzt werden. Insgesamt werden daher auf synergistische Art und Weise die Vorteile eines Maskierverfahrens im Hinblick auf die vorliegende Heizbeschichtung ausgenutzt.
  • Die oben beschriebene Isolierschicht kann eine Dicke von mindestens 50 µm, vorzugsweise mindestens 200 µm und/oder höchstens 1000 µm, vorzugsweise höchstens 500 µm betragen.
  • Die Heizbeschichtung hat vorzugsweise eine Höhe (Dicke) von mindestens 5 µm, vorzugsweise mindestens 10 µm und/oder höchstens einem 1 mm, vorzugsweise höchstens 500 µm, noch weiter vorzugsweise höchstens 30 µm, noch weiter vorzugsweise höchstens 20 µm. Eine durch die Heizbeschichtung definierte Leiterbahn kann mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 3 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 5 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 10 mm, noch weiter vorzugsweise mindestens 30 mm breit sein. Unter "Breite" soll die Ausdehnung der Leiterbahn senkrecht zu ihrer Längserstreckung (die üblicherweise auch die Richtung des Stromflusses definiert) verstanden werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist über der Heizbeschichtung eine Schutzabdeckung, beispielsweise eine Silikon-Schutzschicht, angebracht. Alternativ kann jedoch auch (in einer besonders einfach herstellbaren Ausführungsform) die Heizbeschichtung eine Außenseite des Schichtheizmoduls definieren.
  • In einer konkreten Ausführungsform weist das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul mehrere Untereinheiten, insbesondere Wannenelemente auf, die weiter vorzugsweise, wie in EP 2 466 241 A1 beschrieben, ausgebildet sein können. Grundsätzlich kann das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (abgesehen von dem erfindungsgemäßen Schichtheizmodul) wie in EP 2 466 241 A1 oder US 2015/0176913 A1 beschrieben, ausgebildet sein. Die Offenbarung dieser Druckschriften wird hiermit durch Bezugnahme explizit aufgenommen. Wenn mehrere Untereinheiten vorgesehen sind, kann ggf. mindestens ein Schichtheizmodul zwischen zwei Untereinheiten angeordnet sein. Wenn das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul mehrere Wannenelemente umfasst, kann ggf. mindestens ein Schichtheizmodul zwischen zwei dieser Wannenelemente (auf einem der Wannenelemente) angeordnet (aufgebracht) sein. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Vorheizung (Zuheizung) weiter verbessert werden.
  • Der Öl-Wasser-Wärmetauscher kann einen Turbulator aufweisen. In einem solchen Fall kann der Turbulator nahe, z. B. nicht weiter als 5 cm, insbesondere nicht weiter als 2 cm, zu einer Heizbeschichtung ausgebildet sein und/oder mit einer Heizbeschichtung ausgestattet sein. Auch dies ist eine weitere Möglichkeit, auf einfache Art und Weise (nämlich ohne das Vorsehen weiterer Komponenten) die Erwärmung des Fluids zu verbessern. Dabei wird auf synergistische Art und Weise ausgenutzt, dass im Bereich eines Turbulators eine erhöhte Wärmeübertragung, aufgrund der erzeugten Turbulenzen, erfolgen kann.
  • Im Allgemeinen kann die Isolierschicht ein Keramikmaterial oder ein Polymermaterial sein oder aus einem solchen Material bestehen, wobei als Keramikmaterial beispielsweise Al2O3 in Frage kommt.
  • Die Heizschicht kann beispielsweise in einem Plasmabeschichtungsverfahren, insbesondere Plasmaspritzen, oder in einem Siebdruckverfahren oder als Widerstandspaste, insbesondere auf die Isolierschicht, aufgetragen werden. In dem Plasmabeschichtungsverfahren kann beispielsweise zunächst eine elektrisch leitende Schicht, insbesondere auf die Isolierschicht, aufgetragen werden. Aus der elektrisch leitfähigen Schicht können anschließend Bereiche ausgeschnitten werden, so dass eine Leiterbahn oder mehrere Leiterbahnen übrigbleiben. Bevorzugt kommt jedoch eine Maskiertechnik zum Einsatz. Die Leiterbahnen können dann den Heizwiderstand oder mehrere Heizwiderstände bilden. Die genannten Bereiche können alternativ zu einer Maskiertechnik, beispielsweise mittels eines Lasers aus der leitfähigen Schicht herausgeschnitten werden. Die Heizbeschichtung kann beispielsweise eine Metallschicht sein und ggf. Nickel und/oder Chrom enthalten oder aus diesen Materialien bestehen. Beispielsweise können 70-90% Nickel und 10-30% Chrom verwendet werden, wobei ein Verhältnis von 80% Nickel und 20% Chrom als gut geeignet betrachtet wird.
  • Die Heizbeschichtung kann beispielsweise eine Fläche von mindestens 5 cm2, vorzugsweise mindestens 10 cm2 und/oder höchstens 200 cm2, vorzugsweise höchstens 100 cm2, einnehmen. Das (ÖI-Wasser-)Wärmetauscher-Modul oder das (Öl-Wasser-)Wärmetauscher-System kann ein Gesamtvolumen von vorzugsweise mindestens 200 cm3, noch weiter vorzugsweise mindestens 500 cm3, noch weiter vorzugsweise mindestens 800 cm3 und/oder höchstens 5000 cm3, vorzugsweise höchstens 2000 cm3, aufweisen. Beispielsweise kann das (Öl-Wasser-) Wärmetauscher-Modul oder das (Öl-Wasser-)Wärmetauscher-System 15-25 cm lang und/oder 8-12 cm breit und/oder 3-7 cm hoch (dick) sein.
  • Der Das Wärmetauschermodul, insbesondere Öl-Wasser-Wärmetauschermodul weist vorzugsweise einen oder mehrere erste Fluidkanäle zum Führen eines ersten Fluids, insbesondere des Öls und einen oder mehrere zweite Fluidkanäle zum Führen eines zweiten Fluids, insbesondere des Wassers auf.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht eines Wärmetauschers;
    Fig. 2
    einen schematischen Ausschnitt eines Schichtheizmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform;
    Fig. 3
    einen schematischen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des Schichtheizmoduls;
    Fig. 4
    einen schematischen Ausschnitt eines (noch nicht fertiggestellten) Schichtheizmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    Fig. 5
    einen schematischen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform des Schichtheizmoduls.
  • In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.
  • Fig. 1 zeigt ein Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 sowie ein Schichtheizmodul 11. Das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 kann, beispielsweise wie in EP 2 466 241 A1 beschrieben, aufgebaut sein, insbesondere mehrere (ggf. miteinander verlötete) Wannenelemente aufweisen.
  • Das Schichtheizmodul 11 umfasst eine Trägerplatte 12 sowie eine elektrische Heizbeschichtung 13. Das Schichtheizmodul 11 ist vorzugsweise auf einem Deckel 28 des Öl-Wasser-Wärmetauschers 10 angebracht.
  • Die elektrische Heizbeschichtung 13 ist (was nicht zwingend ist) an einer dem Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 zugewandten Seite 14 der Trägerplatte 12 aufgebracht. Das Bezugszeichen 15 zeigt eine erste Variante zur Herstellung eines Masse-Kontakts, nämlich konkret durch ein Pad 15, das die Heizbeschichtung 13 mit dem Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 (insbesondere einem Gehäuse davon) verbindet. Eine weitere Alternative ist durch das Bezugszeichen 16 gekennzeichnet, das konkret eine Leitung 16 zeigt, die ebenfalls die elektrische Heizbeschichtung mit dem Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10 (insbesondere einem Gehäuse davon) verbindet. Alternativ könnte die Leitung 16 auch extern (also nicht über das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul 10) geerdet sein. Ein zu dem Masse-Kontakt korrespondierender Kontakt ist nicht dargestellt. Ein derartiger zweiter Kontakt könnte jedoch ebenfalls durch eine Leitung analog der Leitung 16 gebildet werden, wenn diese entsprechend (abweichend von Fig. 1) angeschlossen ist.
  • In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform einer Kontaktierung der elektrischen Heizbeschichtung gezeigt. Auch hier (was nicht zwingend ist) befindet sich die elektrische Heizbeschichtung 13 auf einer der (nicht gezeigten) Trägerplatte zugewandten Seite 14. Eine von der Trägerplatte abgewandte Seite ist mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeichnet. Die Trägerplatte 12 weist ein Loch 18 auf, durch das ein die Kontaktierung bildender Leiterabschnitt 19 geführt wird. Zur Erleichterung der Kontaktierung ist ein Ende 20 des Leiterabschnitts 19 als Verbreiterung ausgebildet und in einer bzw. über einer Ausnehmung 21 angeordnet. Das Ende 20 wird dann beim Herstellen der Heizbeschichtung 13 vorzugsweise überspritzt, so dass sich ein Kontakt ausbildet.
  • In Fig. 3 ist eine Ausführungsform ähnlich zu Fig. 2 gezeigt, bei der jedoch kein sich verbreiterndes Ende 20 sowie keine Ausnehmung 21 vorgesehen ist.
  • Fig. 4 zeigt einen schematischen Ausschnitt des Schichtheizmoduls vor der endgültigen Fertigstellung. Konkret ist hier ein Leiterabschnitt 19 gezeigt, der in ein Sackloch 22 eingeführt wird. Gegenüber (bzw. sich anschließend an) dem ersten Sackloch 22 ist ein zweites Sackloch 23 vorgesehen (was nicht zwingend ist). In einem nächsten Schritt wird nun die Heizbeschichtung 13 aufgebracht und danach eine Sollbruchstelle 24 zwischen den beiden Sacklöchern 22, 23 durchbrochen, so dass der Leiterabschnitt 19 mit der Heizbeschichtung 13 in Kontakt kommen kann. Die Sollbruchstelle 24 wird vorzugsweise durch einen Steg definiert.
  • In Fig. 5 ist eine weitere Möglichkeit der Kontaktierung der Heizbeschichtung 13 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist ein erstes Loch 25 sowie ein zweites Loch 26 in die Trägerplatte 12 eingebracht. Ein Leiterabschnitt 19 wird dabei sowohl durch das erste Loch 25 als auch durch das zweite Loch 26 geführt, so dass ein Leiterunterabschnitt 27 parallel zur Heizschicht 13, diese berührend, verläuft. Dadurch wird eine besonders einfache und zuverlässige Kontaktierung realisiert. Auch hier wird die elektrische Heizbeschichtung vorzugweise nach Anbringen des Leiterabschnittes 19 aufgebracht (aufgespritzt).
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul
    11
    Schichtheizmodul
    12
    Trägerplatte
    13
    elektrische Heizbeschichtung
    14
    Seite
    15
    Pad
    16
    Leiter
    17
    Seite
    18
    Loch
    19
    Leiterabschnitt
    20
    Ende
    21
    Ausnehmung
    22
    erstes Sackloch
    23
    zweites Sackloch
    24
    Sollbruchstelle
    25
    erstes Loch
    26
    zweites Loch
    27
    Leiterunterabschnitt
    28
    Deckel

Claims (13)

  1. Wärmetauschersystem zum Anschließen an einen Verbrennungsmotor, vorzugsweise eines Kraftfahrzeuges, umfassend mindestens ein Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (10), sowie ein Schichtheizmodul (11), das auf einer Außenseite des Deckels des Öl-Wasser-Wärmetauscher-Moduls montiert oder montierbar ist, wobei das Schichtheizmodul (11) ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte (12), sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung (13), umfasst.
  2. Wärmetauschersystem nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Schichtheizmodul stoffschlüssig mit dem Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (10) verbunden ist, insbesondere auf das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (10) aufgeklebt, und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (10) verbunden ist, insbesondere aufgeklemmt ist.
  3. Wärmetauschersystem nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Substrat, insbesondere die Trägerplatte (12), aus einem elektrisch und/oder thermisch isolierenden Material, vorzugsweise Keramik, gefertigt ist.
  4. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Heizbeschichtung (13) auf der dem Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (10) zugewandten Seite des Substrates, insbesondere der Trägerplatte (12), angeordnet ist.
  5. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im montierten Zustand des Schichtheizmoduls ein Zwischenraum zwischen Schichtheizmodul (11) und Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (10) ausgebildet ist, wobei der Zwischenraum vorzugsweise mit einem Füllmaterial gefüllt ist.
  6. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Kontaktierung der Heizbeschichtung (13) durch das Substrat, insbesondere die Trägerplatte (12), verläuft, wobei die Kontaktierung vorzugsweise mindestens zweimal durch das Substrat, insbesondere die Trägerplatte (12) verläuft, vorzugsweise derart, dass ein Leiterabschnitt (27) der Kontaktierung parallel zu der elektrischen Heizbeschichtung (13), diese berührend, verläuft.
  7. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die elektrische Heizbeschichtung (13) über das Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (10), insbesondere ein Gehäuse des Öl-Wasser-Wärmetauscher-Moduls, geerdet ist.
  8. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    beide Seiten des Substrates, insbesondere der Trägerplatte (12), mit einer elektrischen Heizbeschichtung (13) versehen sind.
  9. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens zwei Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul und/oder mindestens zwei Schichtheizmodule vorgesehen sind, wobei vorzugsweise mindestens ein Schichtheizmodul zwischen zwei Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modulen angeordnet ist.
  10. Wärmetauschersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Schichtheizmodul (11) für einen Betrieb im Niedervoltbereich, vorzugsweise für 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt ausgelegt ist.
  11. Verwendung eines Schichtheizmoduls (11), umfassend ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte (12), sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung (13) zum Erwärmen mindestens eines Fluids eines Öl-Wasser-Wärmetauschers, wobei das Schichtheizmodul auf einer Außenseite des Deckels des Öl-Wasser-Wärmetauschers angeordnet ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines Öl-Wasser-Wärmetauscher-Moduls nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte:
    - Bereitstellung oder Herstellung eines Öl-Wasser-Wärmetauscher-Moduls (10), sowie eines Schichtheizmoduls (11), umfassend ein Substrat, insbesondere eine Trägerplatte (12), sowie eine auf dem Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), aufgebrachte elektrische Heizbeschichtung (13); und
    - Verbinden von Öl-Wasser-Wärmetauscher-Modul (10) und Schichtheizmodul (11) auf einer Außenseite des Deckels des Öl-Wasser-Wärmetauschers, insbesondere durch Kleben und/oder Anklemmen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Herstellung des Schichtheizmoduls (11) mindestens ein Loch (18, 25, 26) im Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), eingebracht wird, wobei eine Kontaktierung zum Kontaktieren der elektrischen Heizbeschichtung durch das mindestens eine Loch geführt wird, wobei vorzugsweise in einem ersten Teilschritt ein Sackloch (22) im Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), hergestellt wird, in einem zweiten Teilschritt die elektrische Heizbeschichtung (13) auf das Substrat aufgetragen wird und in einem dritten Teilschritt ein Leiterabschnitt gegen ein Ende des Sacklochs geführt wird, so dass ein Boden des Sacklochs bricht, so dass der Leiterabschnitt in Kontakt mit der elektrischen Heizbeschichtung (13) kommt und/oder
    wobei vorzugsweise zwei Löcher (25, 26) im Substrat, insbesondere der Trägerplatte (12), geschaffen werden, wobei ein Leiterabschnitt der Kontaktierung vorzugsweise parallel zu der elektrischen Heizbeschichtung (13), diese berührend, verläuft.
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