DE10112860A1 - Zusatzheizung für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere für Zusatzheizungen von Kraftfahrzeugen, welche ein Mediumführungsrohr (10) aus wärmeleitendem Material besitzt, das an seiner Außenseite wenigstens eine Kammer (30) zur Aufnahme einer elektrischen Widerstands-Heizeinheit (40) aufweist, die mindestens einen elektrischen Widerstandsheizdraht (42), ein Isoliermaterial und ein Mantelrohr (32) enthält. Es ist weiterhin vorgesehen, daß die Kammer (30) einstückig an dem Mediumführungsrohr (10) angeformt ist und daß die Kammerwand (32) das Mantelrohr der elektrischen Widerstands-Heizeinheit (40) bildet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, insbesondere für Zusatz­ heizungen von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei heutigen Dieselbrennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge stellt sich das Problem, daß das Kühlwasser nicht mehr auf eine solche Temperatur aufgeheizt wird, daß diese für den Betrieb der Fahrgastraumheizung ausreicht. Daher werden in derartigen Fahrzeugen Zusatzheizungen vorgesehen, die unabhängig von der Betriebstemperatur der Dieselbrennkraftmaschine eine Erwärmung des Fahr­ gastraumes ermöglichen.

An derartige Heizvorrichtungen werden die verschiedensten Anforderungen gestellt, die sich teilweise widersprechen. So ist zum einen zu gewährleisten, daß das Heizmedium, meist Wasser, schnell auf die gewünschte Temperatur gebracht wird.

Zum anderen muß die Heizvorrichtung einfach aufgebaut und gleichzeitig kostengünstig herstellbar sein. Darüber hinaus soll die Heizvorrichtung kompakt ausgestaltet sein, damit sie möglichst wenig Raum beansprucht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einem kompakten Aufbau einfach und billig herzustellen ist.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst. In den sich daran anschließenden Ansprüchen 2 bis 8 sowie 10 bis 19 finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen hierzu.

Durch die einstückige Ausgestaltung des Mediumfuhrungsrohres mit der Kammer zur Aufnahme einer elektrischen Widerstands-Heizeinheit läßt sich ein einfach und damit kostengünstig herzustellendes Ziehprofil oder Druckgußprofil für die Heizvorrichtung einsetzen. Darüber hinaus benötigt die elektrische Widerstands- Heizeinheit kein Mantelrohr, da dieses durch die Kammerwand gebildet wird. Hierdurch reduziert sich wiederum die Zahl der Teile und der notwendigen Arbeitsgänge für eine derartige Heizvorrichtung, so daß sich ebenfalls die Kosten verringern.

Um eine ausreichende elektrische Isolierung des elektrischen Widerstands- Heizelementes von der Kammerwand zu erzielen, ist es von Vorteil, daß das Isoliermaterial in der Kammer verdichtet wird. Ein derartiger Verdichtungsvorgang ist bereits bei elektrischen Rohrheizkörpern bekannt, jedoch wird dort der elektrische Rohrheizkörper mit einem eigenen Mantelrohr versehen und vor seinem Einbau bzw. seiner Anbringung in dem Gerät, in dem er ein Medium aufheizen soll, der Verdichtungsvorgang durchgeführt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird der Verdichtungsvorgang an der Kammer nach dem Einsetzen des elektrischen Wider­ stands-Heizelementes und Einfüllen des Isoliermaterials, vorzugsweise Magnesium­ oxid, an der Kammer zusammen mit dem Mediumführungsrohr durchgeführt.

Um ein schnelles Aufheizen des zu erhitzenden Mediums zu erzielen, kann weiterhin vorgesehen sein, daß das Mediumführungsrohr mehrere Kammern, vorzugsweise sechs Kammern aufweist. Hierbei kann vorgesehen sein, daß die Kammern in einem äquidistanten Abstand in Umfangsrichtung an der Außenseite des Mediumführungs­ rohres einstückig an diesem angeformt sind. In diese zusätzlich vorgesehenen Kammern können sowohl weitere Widerstands-Heizeinheiten als auch Regelungs- und/oder Steuerungs- und/oder Absicherungseinheiten, wie beispielsweise NTC- Hülsen, Schmelzsicherungen, Thermofühler usw. eingesetzt werden. Ein derartig ausgestaltetes Mediumführungsrohr kann beispielsweise Grundelement eines Baukastens sein, bei dem in den beispielsweise sechs vorhandenen Kammern je nach Leistungsanforderungen zwei, drei, vier oder sechs Widerstands-Heizeinheiten und/oder eine oder mehrere Regelungs- und/oder Steuerungs- und/oder Ab­ sicherungseinheiten eingesetzt sind. Selbstverständlich kann auch die Zahl der Kammern erhöht oder verringert werden, so daß die Zahl der Kammern den Leistungsanforderungen entspricht.

Grundsätzlich können für vorgesehene Regelungs- und/oder Steuerungs- und/oder Absicherungseinheiten eine oder mehrere spezielle Kammern vorgesehen sein, die nicht zur Aufnahme von Widerstands-Heizeinheiten geeignet sind.

Ist die Kammer aus einem nicht nur wärmeleitenden, sondern auch elektrisch leitenden Material hergestellt, so kann der Aufbau der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung noch dadurch vereinfacht werden, daß der Minuspol des elek­ trischen Widerstands-Heizelementes, das beispielsweise ein Heizdraht oder ein Heizband sein kann, mit der Kammerwand elektrisch leitend verbunden ist. Eine derartige Lösung ist insbesondere im Niederspannungsbereich, wie zum Beispiel bei einem Kraftfahrzeug von Vorteil. Eine derartige elektrische Verbindung kann beispielsweise auf einfache Weise dadurch erzielt werden, daß der Minuspol des elektrischen Widerstands-Heizdrahtes mit der Kammerwand direkt verkerbt ist.

Ist die Kammer bzw. das Mediumführungsrohr aus elektrisch leitendem Material hergestellt, ist es weiter von Vorteil, wenn der Pluspol des elektrischen Wider­ stands-Heizdrahtes von der Kammerwand elektrisch isoliert ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der elektrische Widerstands-Heizdraht mittels einer Isolierperle aus der Kammer für eine Verbindung mit einer elektrischen Energiequelle herausgeführt ist.

Das Mediumführungsrohr läßt sich auf besonders einfache Weise dadurch erhalten, daß es als Aluminiumstrangpreßprofil hergestellt ist. Ebenso kann aber auch das Mediumführungsrohr als Aluminiumdruckgußprofil hergestellt sein. Letzteres hat insbesondere den Vorteil, daß die Enden des Mediumführungsrohres im Bereich des Anschlusses von Zuführ- und Ableitelementen für das Medium eine einfache Bearbeitung ermöglichen. Demgegenüber hat die Ausgestaltung des Mediumfüh­ rungsrohres als Aluminiumstrangpreßprofil den Vorzug, daß das Verdichten des Isoliermaterials in der Kammer leicht durchzuführen ist.

Die vorstehende Aufgabe kann auch dadurch gelöst werden, daß an das Medi­ umführungsrohr die Kammer durch Anbringen einer elektrischen Widerstands- Heizeinheit vorgesehen wird, die mit ihrem Mantelrohr an der Außenumfangsseite des Mediumführungsrohres mit einer gut wärmeleitenden Verbindung, beispiels­ weise Löten angebracht wird.

Um eine gute Wärmeübertragung von der elektrischen Widerstands-Heizeinheit auf das in dem Mediumführungsrohr befindliche Medium erzielen zu können, ist es weiterhin von Vorteil, wenn im Inneren des Mediumführungsrohres wenigstens ein in das Innere ragende Wärmeübertragungselement vorgesehen ist. Durch dieses Wärmeübertragungselement erhöht sich die Wärmeübertragungsfläche zwischen Mediumführungsrohr und Medium, so daß die Wärme schnell und wirkungsvoll übertragen werden kann. Dies kann insbesondere dadurch noch weiter verbessert werden, daß sich das Wärmeübertragungselement zumindest annährend parallel zu der Mittellängsachse des Mediumführungsrohres vorzugsweise über dessen gesamte Länge erstreckt. Die vorstehend geschilderte Erfindungsidee kann auch unabhängig von der Ausgestaltung des Mediumführungsrohres mit Kammern, die das Mantelrohr der elektrischen Widerstands-Heizeinheit bilden, verwirklicht werden.

Eine weitere Steigerung läßt sich auch dadurch erzielen, daß mehrere Wärmeüber­ tragungselemente, vorzugsweise sechs in äquidistantem Abstand in Umfangs­ richtung des Mediumführungsrohres vorgesehen sind.

Das Wärmeübertragungselement kann sowohl getrennt von dem Mediumführungs­ rohr hergestellt und anschließend in dieses eingebracht werden, als auch einstückig mit diesem ausgebildet sein. Im letzteren Fall ist es von Vorteil, wenn das Wärmeübertragungselement als einstückig angeformte Rippe ausgebildet ist, die vorzugsweise die Querschnittsform eines gleichschenkligen Dreiecks aufweist.

Um die Montage der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, insbesondere die Anbringung von Mediumzuführ- und Mediumableitelementen vorsehen zu können, ist es weiterhin von Vorteil, wenn das Mediumführungsrohr an seinen beiden Stirnenden Anschlußelemente für den Anschluß von Mediumzuführ- und Medium­ ableitelementen aufweist.

Derartige Anschlußelemente können beispielsweise durch eine axiale Verlängerung des Mediumführungsrohres an seinen beiden Stirnseiten gegenüber der Kammer gebildet sein. Dies läßt sich insbesondere bei einer Ausgestaltung des Medi­ umführungsrohres als Druckgußprofil erzielen. Gleiches gilt für eine Heizvorrichtung, bei der die elektrische Widerstands-Heizeinheit an der Außenseite durch einen Verbindungsvorgang angebracht ist.

Alternativ können die Anschlußelemente durch Verbindungsvorgänge an dem Mediumführungsrohr anbringbar sein. Letzteres ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Mediumführungsrohr als Zieh- bzw. Strangpreßprofil ausgestaltet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sowie ein Ausführungsbeispiel werden nachstehend anhand der Zeichungsfiguren ausführlich dargestellt. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß sich die bei der Beschreibung verwendeten Begriffe "links", "rechts", "unten" und "oben" auf die Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Figurenbezeichnungen beziehen. In den Zeichungsfiguren ist:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht einer erfin­ dungsgemäßen Heizvorrichtung mit einer eingesetzten elektrischen Widerstands-Heizeinheit;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit mehreren eingesetzten elektrischen Widerstands­ heizeinheiten; und

Fig. 3 eine Stirnansicht der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ohne eingesetzte elektrische Widerstandsheiz­ einheiten.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung schematisch dargestellt. Die Heizvorrichtung weist ein im Querschnitt kreisförmiges Mediumführungsrohr 10 sowie sechs einstückig an der Außenumfangsseite des Mediumführungsrohres 10 angeformte hohle Kammern 30 auf, die zur Aufnahme von elektrischen Wider­ stands-Heizeinheiten 40 dienen und die ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt besitzen. Das Mediumführungsrohr 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Aluminiumstrangpreßprofil ausgestaltet.

Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, weist das Mediumführungsrohr 10 einen gegenüber den Kammern 30 größeren Durchmesser sowie eine größere axiale Länge auf. An den beiden stirnseitigen Enden 12, 14 ist das Mediumführungsrohr 10 mit Anschlußelementen 16 für den Anschluß von nicht weiter dargestellten Zuführ- und Abführelementen für das zu erwärmende Medium versehen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Anschlußelemente durch eine ringförmige Verstärkung 16 der stirnseitigen Enden 12, 14 des Mediumführungsrohres 10 gebildet, die sich vollständig um den Außenumfang der freien stirnseitigen Ende 12, 14 axial nach innen erstreckt. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise durch ein Abdrehen der Kammern 30 an den Stirnenden erzielt werden.

Weiterhin ist das Mediumführungsrohr 10 an seinem Inneren mit insgesamt sechs Wärmeübertragungselementen bzw. Wärmeübertragungsrippen 18 ausgebildet, die äquidistant an der Innenumfangswand 20 des Mediumführungsrohres 10 angebracht sind, wie dies aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht. Die Wärmeüber­ tragungselemente- bzw. Wärmeübertragungsrippen 18 sind als gleichschenklige Dreiecke ausgebildet, deren den spitzen Winkel dieser gleichschenkligen Dreiecke enthaltende Ecken in das Innere in Richtung auf die Mittellängsachse des Medi­ umführungsrohres 10 weisen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ragen die Wärmeüber­ tragungselemente 18 bis über den halben Radius des durch die Innenwand 20 des Mediumführungsrohres 10 gebildeten Kreises in das Innere des Mediumführungs­ rohres 10 hinein.

Die Kammern 30 zur Aufnahme von elektrischen Widerstands-Heizeinheiten 40 sind in der Weise an der Außenumfangswand des Mediumführungsrohres 10 einstückig angeformt, daß zwischen ihrem kreisförmigen Innenhohlraum und der Außenwand des Mediumführungsrohres 10 noch ein Wandabschnitt der Kammer 30 vorhanden ist, wie dies insbesondere aus Fig. 1 erkennbar ist. In jede hohle Kammer 30 ist im Inneren eine elektrische Widerstandsheizeinheit 40 eingesetzt, die ein elektrisches Widerstands-Heizelement 42 in Form eines elektrischen Widerstands- Heizdrahtes 42 enthält, welcher spiralförmig gewickelt ist und in zwei An­ schlußenden 42a, 42b endet. Der in Fig. 1 linke Anschluß 42a ist über ein Masseverbindungselement aus elektrisch gut leitendem Material, welches beispielsweise eine Kupferhülse sein kann, mit der Kammerwand der Kammer 30 elektrisch leitend verbunden. Diese Verbindung stellt den Minuspol bzw. die Masseverbindung der elektrischen Widerstands-Heizeinheit 40 dar. Das andere Anschlußende 42b ist über eine Isolierperle 44 aus dem Inneren der Kammer 30 nach außen herausgeführt und dient zum elektrischen Anschluß an eine nicht weiter dargestellte elektrische Energiequelle. Im Inneren der Kammer 30 befindet sich noch ein elektrisch isolierendes Material, wie beispielsweise Magnesiumoxid, das nach einem Einführen des elektrischen Widerstands-Heizdrahtes 42 zusammen mit der Masseverbindung und der Isolierperle 44 durch einen entsprechenden Vorgang, beispielsweise einen Pressvorgang verdichtet wird.

Das Mediumführungsrohr 10 kann, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, so mit elektrischen Widerstands-Heizeinheiten 40 bestückt sein, daß jede Kammer 30 besetzt ist. Alternativ können auch wahlweise nur zwei, drei oder vier Kammern mit elektrischen Widerstands-Heizeinheiten 40 besetzt sein, und eine oder mehrere freie Kammern zur Aufnahme anderer nützlicher Elemente wie z. B. Regel- und/oder Steuer- und/oder Absicherungselemente dienen.

Claims (19)

1. Heizvorrichtung, insbesondere für Zusatzheizungen von Kraftfahrzeugen, mit einem Mediumführungsrohr (10) aus wärmeleitendem Material, das an seiner Außenseite wenigstens eine Kammer (30) zur Aufnahme einer elektrischen Widerstands-Heizeinheit (40) aufweist, die mindestens einen elektrischen Widerstands-Heizelement (42), ein Isoliermaterial und ein Mantelrohr (30) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (30) einstückig an das Medi­ umführungsrohr (10) angeformt ist und daß die Kammerwand (32) das Mantelrohr der elektrischen Widerstands-Heizeinheit (40) bildet.

2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial in der Kammer (30) verdichtet ist.

3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mediumführungsrohr (10) mehrere Kammern (30), vorzugsweise sechs Kammern (30) aufweist.

4. Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens eine der Kammern (30) eine weitere elektrische Widerstands-Heizeinheit (40) einsetzbar ist.

5. Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens eine der Kammern (30) eine Regelungs- und/oder Steuerungs- und/oder Absicherungseinheit einsetzbar ist.

6. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (30) aus elektrisch leitendem Material besteht und daß der Minuspol (42a) des elektrischen Widerstands- Heizelementes (42) mit der Kammerwand (32) elektrisch leitend verbunden ist.

7. Heizvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Minuspol (42a) des elektrischen Wider­ stands-Heizelementes (42) mit der Kammerwand (32) direkt verkerbt ist.

8. Heizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Pluspol (42a) des elektrischen Wider­ stands-Heizelementes (42) von der Kammerwand (32), vorzugsweise durch eine Isolierperle (44) elektrisch isoliert ist.

9. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mediumführungsrohr (10) als Aluminium­ strangpreßprofil hergestellt ist.

10. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mediumführungsrohr (10) als Aluminium­ druckgußprofil hergestellt ist.

11. Heizvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (30) an der Außenseite des Mediumführungsrohres (10) durch einen wärmeleitenden Verbindungsvor­ gang angebracht ist und daß die Kammerwand das Mantelrohr der elek­ trischen Widerstands-Heizeinheit (40) bildet.

12. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mediumführungsrohr (10) in seinem Inneren wenigstens ein in sein Inneres ragendes Wärmeübertragungselement (18) aufweist.

13. Heizvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Wärmeübertragungselement (18) zumindest parallel zu der Mittellängsachse des Mediumführungsrohres (10) vorzugsweise über dessen gesamte Länge erstreckt.

14. Heizvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wärmeübertragungselemente (18) vorzugsweise sechs Wärmeübertragungselemente (18) in äquidistantem Abstand in Umfangsrichtung des Mediumführungsrohres (10) vorgesehen sind.

15. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungselement eine einstückig an der Innenseite (20) des Mediumführungsrohres (10) angeform­ te Rippe (18) ist.

16. Heizvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (18) die Querschnittsform eines gleichschenkliges Dreiecks aufweist.

17. Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Mediumführungsrohr (10) an seinen beiden Stirnenden (12, 14) Anschlußelemente (16) für den Anschluß von Mediumzuführ- und Mediumableitelementen aufweist.

18. Heizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (16) durch eine axiale Verlängerung des Mediumführungsrohres (10) gegenüber der Kammer (30) gebildet sind.

19. Heizvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (16) durch Ver­ bindungsvorgänge an dem Mediumführungsrohr (10) anbringbar sind.