DE102006018784B4

DE102006018784B4 - Elektrische Heizvorrichtung, insbesondere für Automobile

Info

Publication number: DE102006018784B4
Application number: DE102006018784A
Authority: DE
Inventors: Michael Luppold; Alexander Dauth; Hans-Peter Etzkorn; Rolf Dr. Merte
Original assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG; Beru AG
Current assignee: Eichenauer Heizelemente GmbH and Co KG; BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-04-21
Also published as: DE102006018784A1

Abstract

Heizvorrichtung
mit wenigstens einer Heizeinrichtung (9), in welcher ein oder mehrere elektrische Heizelemente (11) angeordnet sind,
und mit wenigstens einem Wärmeübertrager (1 ), welcher mit der wenigstens einen Heizeinrichtung (9) verbunden ist und Wärmetauscherflächen hat,
wobei der Wärmeübertrager (1) aus einem Strangpressprofil (1a) gebildet ist, in welches die wenigstens eine Heizeinrichtung (9) eingefügt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Strangpressprofils (1a) Öffnungen (18) aufweist, so dass das Strangpressprofil (1a) von einem Medium, auf welches die Wärme übertragen werden soll, quer zur Strangpressrichtung durchströmt werden kann.

Description

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Eine derartige Heizvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 79 12 211 U1 zum Erwärmen von Heizöl, der DE 30 47 062 A1 zur Reparatur und zum Endlosmachen von Fördergurten sowie der DE 201 08 843 U1 zum Beheizen einer Warmhalteplatte bekannt. Aus der DE 196 04 218 C2 ist ferner ein Heizgerät mit einem Profilkontaktkörper bekannt, der ein PTC-Element enthält, wobei der Profilkontaktkörper neben einer Profilkammer für das PTC-Element mehrere koaxial zueinander angeordnete Profilkammern aufweist. Zudem ist aus der DE 39 42 266 C1 eine Heizeinrichtung bekannt, bei der ein PTC-Heizkörper in einem Trägerprofilkörper verpresst ist.
Aus der DE 101 02 671 A1 ist eine Heizvorrichtung zur Heizung des Innenraums eines Automobils bekannt. Diese Heizvorrichtung hat mehrere zueinander parallele Heizstäbe, welche mit PTC-Heizelementen gefüllt sind. Auf die Heizstäbe sind als Wärmeübertrager zahlreiche lamellenförmige Bleche klemmend aufgeschoben, welche die Heizstäbe zugleich miteinander verbinden. Aus einem Ende der Heizstäbe führt eine elektrische Anschlußleitung heraus, welche mit den PTC-Heizelementen verbunden ist. Das Gehäuse des jeweiligen Heizstabes dient als elektrischer Masseanschluß der PTC-Elemente.
Die bekannte Heizvorrichtung hat mehrere Nachteile: Die Herstellung der Heizvorrichtung erfordert viele einzelne Schritte. Die Heizstäbe werden mit den PTC-Elementen bestückt und dann verpreßt, um eine gute wärmeleitende Verbindung zwischen den PTC-Elementen und dem Gehäuse der Heizstäbe herzustellen. Die Lamellen werden aus Blech gestanzt und einzeln auf die Heizstäbe aufgeschoben. Die mechanische und wärmeleitende Verbindung der Lamellen mit den Heizstäben erfolgt durch Klemmung. Deshalb ist der Wärmefluß von den Heizstäben auf die Lamellen durch die geringe Größe der Berührungspunkte zwischen den Lamellen und dem Gehäuse der Heizstäbe begrenzt. Das Medium, auf welches die von den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme übertragen werden soll, ist in dem in der DE 101 02 671 A1 offenbarten Fall Luft, welche zur Heizung des Innenraums eines Automobils dient. Die Luft durchströmt die Heizvorrichtung quer zu den Heizstäben und tangential zu den Lamellen. Die Wärmeübertragung ist bei der bekannten Heizvorrichtung nicht besonders wirkungsvoll. Um dennoch die gewünschte Wärmeleistung übertragen zu können, sind viele Lamellen in dichter Folge auf den Heizstäben angeordnet, was die Herstellung aufwendig macht.
Aus der EP 1 370 117 A2 ist eine elektrische Heizvorrichtung mit PTC-Heizelementen für die Beheizung des Innenraums von Automobilen bekannt, bei welcher der Wärmeübertrager nicht aus einer Vielzahl von einzelnen Lamellen gebildet ist, sondern aus Strangpressprofilabschnitten, welche durch Querteilen eines viele Kammern aufweisenden Strangpressprofils gebildet sind, wobei die vielen Kammern durch dünne Wände voneinander getrennt sind. Mehrere untereinander gleiche Strangpressprofilabschnitte sind rechtwinklig zur Strangpressrichtung nebeneinander angeordnet. Die PTC-Heizelemente liegen zwischen je zwei nebeneinander liegenden Strangpressprofilabschnitten und werden dadurch fixiert, dass die Strangpressprofilabschnitte in einem gemeinsamen Rahmen miteinander zu einer Baugruppe verspannt sind. Die Luft, auf welche die von den PTC-Heizelementen erzeugte Wärme übertragen werden soll, durchströmt die Strangpressprofilabschnitte in der Strangpressrichtung, tangential zu den Oberflächen der in den Strangpressprofilabschnitten gebildeten vielen Kammern. Zwar ist der aus der EP 1 370 117 A2 bekannten Heizvorrichtung der Montageaufwand für den Wärmeübertrager geringer als im Falle der DE 101 02 671 A1 , die Wirksamkeit der Wärmeübertragung ist aber nicht besser als im Falle der DE 101 02 671 A1 . Außerdem sind die PTC-Heizelemente, ihre Zuleitungen und ihre elektrischen Kontaktstellen dem Einfluß der Luft, auf welche ihre Wärme übertragen werden soll, ausgesetzt, was Korrosion und erhöhte Übergangswiderstände nach sich zieht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrischen Heizvorrichtung der eingangs genannten Art den Aufwand für das Herstellen und die Wärmeübertragung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Heizvorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist als Wärmeübertrager ein Strangpressprofil vorgesehen, in welches die wenigstens eine Heizeinrichtung eingefügt ist. Das hat Vorteile:
Das Strangpressprofil kann nicht nur die Funktion des Wärmeübertragers, sondern zugleich die Funktion des Gehäuses der wenigstens einen Heizeinrichtung übernehmen. Zu diesem Zweck ist in dem Strangpressprofil vorzugsweise für jede Heizeinrichtung eine eigene, geschlossene Hohlkammer vorgesehen, welche ein Heizelement oder eine Anordnung von mehreren Heizelementen aufnimmt. Die Enden dieser Hohlkammern lassen sich hermetisch verschließen, z. B. mittels eines hinreichend wärmebeständigen Kunststoffes, vorzugsweise mittels eines wärmehärtbaren Zweikomponentenkunststoffes, so dass die Heizelemente und ihre elektrischen Kontaktstellen dem Medium, auf welches sie die Wärme übertragen sollen, nicht ausgesetzt sind. Erfindungsgemäße Heizvorrichtungen können deshalb auch in flüssigen Medien eingesetzt werden, z. B. zum Aufwärmen von Dieselkraftstoff. Als weiterer Vorteil kommt ein optimaler Wärmefluß vom Gehäuse der Heizeinrichtung auf den Wärmeübertrager hinzu, wenn das Gehäuse ein integraler Bestandteil des Wärmeübertragers ist.
Es ist aber auch möglich, stabförmige Heizeinrichtungen mit einem gesonderten Gehäuse vorzufertigen und in eine Kammer des Strangpressprofils einzufügen, welche dicht sein kann, aber nicht dicht sein muss.
Eine gute wärmeleitende Verbindung zwischen den Heizelementen und dem Strangpressprofil kann man ohne großen Aufwand dadurch erzielen, dass man die Heizeinrichtungen bzw. die Heizelemente mit dem Strangpressprofil verpresst.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung ist mechanisch außerordentlich stabil, ohne dass es eines Rahmens bedürfte, um Heizeinrichtungen und Sammelübertrager zusammenzuhalten.
Durch die Erfindung läßt sich die Zahl der Einzelteile für die Herstellung der Heizvorrichtung drastisch vermindern. Der wenigstens eine Wärmeübertrager, welcher aus einem Strangpressprofil gebildet ist, erstreckt sich vorzugsweise über die Länge der Heizeinrichtungen, soweit diese mit Heizelementen belegt sind. Auf eine Heizeinrichtung müssen deshalb nicht wie im Stand der Technik viele Lamellen aufgeschoben werden, sondern nur ein einziger Wärmeübertrager. Besonders vorteilhaft ist es, für die Gesamtheit der Heizeinrichtungen nur einen einzigen Wärmeübertrager vorzusehen. Das verringert die Lagerhaltung von Bestandteilen der Heizvorrichtung auf ein Minimum. Außerdem erhält die Heizvorrichtung eine hohe mechanische Stabilität. Zugleich werden die Maßtoleranzen minimiert, da die Maße überwiegend durch das Strangpressprofil bestimmt werden und dessen Maßabweichungen fertigungsbedingt gering sind. Die Unterschiede zwischen Heizvorrichtungen einer Serie fallen erfindungsgemäß drastisch kleiner aus als bei Heizvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik. Die dadurch verbesserte Qualität führt gleichzeitig zu einer Verringerung des Aufwandes zur Überwachung der Qualität.
Durch die Verringerung der Anzahl der Einzelteile der Heizvorrichtung verringern sich nicht nur die Montagezeiten, sondern auch die Kosten für die Werkzeuge, die für die Fertigung benötigt werden, und damit zusammenhängend auch die Kosten der Rüstzeiten für die Werkzeuge.
Da Strangpressprofile in unterschiedlichsten Querschnittsformen und Querschnittsgrößen hergestellt werden können, kann die äußere Gestalt der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung flexibel an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden.
Durch die Verwendung eines Strangpressprofils als Wärmeübertrager ist es einfacher geworden, die gesamte Oberfläche der Heizvorrichtung einheitlich auf Massepotential zu legen.
Die Erfindung eignet sich für Heizvorrichtungen mit beliebiger Anzahl von Heizeinrichtungen.
Ist das Gehäuse der Heizeinrichtung integraler Bestandteil des aus einem Strangpressprofil gebildeten Wärmeübertragers, dann ermöglicht das eine höhere Leistungsabgabe bzw. erlaubt es bei vorgegebener Leistungsabgabe die Verwendung von weniger Material zur Herstellung des Wärmeübertragers.
Wenn der Wärmeübertrager nicht zugleich die Funktion eines Gehäuses für die wenigstens eine Heizeinrichtung übernimmt, sondern die Heizeinrichtung ein gesondertes Gehäuse hat, dann muss dieses nicht in eine rundum geschlossene Hohlkammer des Wärmeübertragers eingefügt sein, sondern kann z. B. zwischen innenliegenden Rippen des Strangpressprofils eingefügt sein. Bevorzugt ist jedoch die Verwendung des Wärmeübertragers zugleich als Gehäuse für die wenigstens eine Heizeinrichtung, so dass ein gesondertes Gehäuse für die Heizeinrichtung entbehrlich ist, wobei der Vorteil erhalten bleibt, dass die Heizeinrichtung hermetisch abgeschlossen untergebracht werden kann.
Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung eine langgestreckte Baugruppe, welche mehrere Heizelemente in geradliniger Anordnung hintereinander enthält, wie es aus dem Stand der Technik an sich bekannt ist. Die Heizelemente können durch eine gemeinsame Leiterbahn, welche sich in Längsrichtung der Hohlkammer des Strangpressprofils erstreckt und die Heizelemente kontaktiert, mit Strom versorgt werden. Geschlossen wird der Stromkreis bevorzugt über das Strangpressprofil, welches auf Masse liegt. Die für die Stromzuführung verwendete Leiterbahn ist gegenüber dem Strangpressprofil zu isolieren. Das kann durch einen sich über die Länge des Strangpressprofils erstreckenden Streifen eines elektrisch isolierenden Materials geschehen. Vorzugsweise geschieht es dadurch, dass als Heizelemente PTC-Widerstände verwendet werden, welche paarweise nebeneinanderliegend angeordnet sind. In diesem Fall kann die Leiterbahn zwischen den PTC-Heizelementen eines jeden Paares verlaufen, die er beide kontaktiert, und ist durch die PTC-Heizelemente von dem Strangpressprofil getrennt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Heizvorrichtung hat das Strangpressprofil neben den Hohlkammern für die Heizeinrichtung weitere Kammern, welche parallel zu den Hohlkammern verlaufen. Auf diese Weise erhält die Heizvorrichtung eine hohe mechanische Stabilität.
In einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Heizvorrichtung sind die Hohlkammern für die Heizeinrichtung mittelbar oder unmittelbar durch Stege verbunden, welche keine weiteren Kammern enthalten. Das vereinfacht den Aufbau der Heizvorrichtung und spart Material. Die Stege können unmittelbar von den Hohlkammern ausgehen, so dass diese ausschließlich durch Stege verbunden sind, welche keine wieteren Kammern enthalten. Am Übergang von den Hohlkammern für die Heizeinrichtung zu den Stegen kann aber auch jeweils eine weitere Kammer vorgesehen sein, die sich parallel zu den Hohlkammern für die Heizeinrichtung erstreckt. Das ermöglicht einen fließenden, für die Wärmeübertragung günstigen Übergang von den Wänden der Hohlkammern für die Heizeinrichtung zu den Stegen. Hinsichtlich des Wärmeübergangs von der Heizeinrichtung in den Hohlkammern zu den Stegen ist es weiterhin günstig, wenn diese im Querschnitt plankonkav oder bikonkav sind. In diesem Fall können sie dort, wo sie auf den Hohlkammern fußen, ungefähr so dick sein wie diese und sich dann mit zunehmender Entfernung von diesen verjüngen, was Material spart, ohne den Wärmefluss zu behindern. Vielmehr gelingt es durch eine solche Querschnittsform, auf den Stegen ein flaches Temperaturprofil zu erzeugen.
Vorzugsweise erstreckt sich das Strangpressprofil beidseits über die Hohlkammern für die Heizeinrichtung hinaus, entweder unter Ausbildung einer weiteren Hohlkammer oder lediglich unter Ausbildung einer massiven Wand, welche sich mit zunehmender Entfernung von der Hohlkammer für die Heizeinrichtung verjüngt. Eine solche sich verjüngende Wand kann mit Vorteil auch dafür verwendet werden, um die Heizvorrichtung in zwei im Querschnitt U-förmige Führungsschienen einzuführen, in welcher sie im Fahrzeug austauschbar gehalten werden kann.
Die größte Wandstärke hat das Strangpressprofil vorzugsweise dort, wo es die wenigstens eine Heizeinrichtung umschließt. Das ist günstig für die Aufnahme der von den Heizelementen erzeugten Wärme. Mit zunehmender Entfernung von der Heizeinrichtung wird die Wandstärke des Strangpressprofils vorzugsweise verringert, da die zu transportierende Wärme mit zunehmender Entfernung von der Heizeinrichtung abnimmt. Eine stetige Verringerung der Wandstärke mit zunehmender Entfernung von den Heizeinrichtungen ist bevorzugt.
Gemäß seiner Aufgabe, Wärme zu übertragen, eignet sich für das Strangpressprofil jedes gut wärmeleitfähige Material, vorzugsweise gut wärmeleitfähige Metalle wie Aluminium, Kupfer und Legierungen dieser Metalle, aber auch gut wärmeleitfähige keramische Werkstoffe.
Um eine hohe Wärmeabgabe zu ermöglichen, ist es nicht nur günstig, wenn der Wärmeübertrager eine verhältnismäßig große Oberfläche als Wärmetauscherfläche hat, sondern es ist besonders vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Strangpressprofils jedenfalls dort, wo dessen Wände nicht an einem Heizelement liegen, Öffnungen aufweist, so dass das Strangpressprofil von dem Medium, auf welches die Wärme übertragen werden soll, quer zur Strangpressrichtung durchströmt werden kann. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine starke Wirbelbildung erzwungen werden, und zwar insbesondere dann, wenn die Wände des Strangpressprofils Einschnitte haben und die durch die Einschnitte begrenzten Teile der Wände aus der jeweiligen Wand gebogen sind. Auf diese Weise lassen sich Blenden, Lamellen, Zungen, gitterartige Strukturen und dergleichen erzeugen, die für eine Wirbelbildung und damit für eine hohe Wärmeübertragung besonders günstig sind. Die von den Einschnitten begrenzten Teile der Wände werden vorzugsweise in das Strangpressprofil hinein gebogen, weil sie dort in keiner Weise stören. Das eingebogene Material stellt keinen Verschnitt dar und wird effektiv für den Wärmeaustausch genutzt.
Ausgeschnittene Löcher und einwärtsgebogene Teile der Wände lassen sich mit Vorteil auch miteinander kombinieren. Durch Wahl der Gestalt und Anordnung der Öffnungen und Einschnitte ist es möglich, den Druckverlust beim Anströmen in weiten Grenzen an den konkreten Anwendungsfall anzupassen.
Die Löcher, Einschnitte und die einwärts gebogenen Lamellen, Zungen, Blenden und dergleichen lassen sich in einem Arbeitsgang durch ein kombiniertes Stanz- und Biegewerkzeug erzeugen. In ein und demselben Arbeitsgang kann bei Verwendung eines Folgeverbundwerkzeuges auch das Strangpressprofil an den Stellen, wo sich die Heizeinrichtungen befinden, eingedrückt werden, um die Heizeinrichtungen mit dem Strangpressprofil zu verpressen und auf diese Weise nicht nur zu fixieren, sondern auch einen guten Wärmeübergang von den Heizelementen auf das Strangpressprofil zu sichern.
Die Erfindung eignet sich besonders für elektrische Zuheizer in Fahrzeugen aller Art.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in den verschiedenen Beispielen mit übereinstimmenden Bezugszahlen bezeichnet.
1 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung,
2 zeigt eine Schrägansicht eines stranggepressten Hohlprofilabschnittes, weicher in 1 als Wärmeübertrager vorgesehen ist,
2a zeigt das Detail A aus 2,
3 zeigt in einer Schrägansicht und in Explosionsdarstellung den Aufbau einer stabförmigen Heizeinrichtung,
4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Teil einer Heizvorrichtung,
5 zeigt einen Längsschnitt entsprechend der 4 durch eine abgewandelte Heizvorrichtung, die
6 bis 11 zeigen Abschnitte von unterschiedlich gestalteten Wärmetauscherflächen von Strangpressprofilen,
12 zeigt eine Schrägansicht einer Heizeinrichtung, bei welcher Hohlkammern, die Heizelemente aufnehmen, durch Wände verbunden sind, die keine weiteren Hohlkammern enthalten,
13 zeigt das Detail A aus 12,
14 zeigt ein gegenüber der Heizvorrichtung in 12 abgewandeltes Beispiel einer Heizeinrichtung in einer Schrägansicht,
15 zeigt das Detail A aus 14,
16 zeigt eine Heizeinrichtung in einer Schrägansicht, welche der in 14 dargestellten Heizeinrichtung ähnelt und gegenüber dieser abgewandelt ist,
17 zeigt das Detail A der Heizeinrichtung gemäß 16 und
18 zeigt einen Ausschnitt aus einer weiteren Abwandlung der in 14 dargestellten Heizeinrichtung in einer Schrägansicht.
1 zeigt eine Ansicht einer Heizvorrichtung mit einem einzigen Wärmeübertrager 1 aus einem Strangpressprofil 1a. Der Wärmeübertrager 1 ist ein flaches Gebilde, in welchem mehrere Hohlkammern 2 vorgesehen sind, in welchen jeweils eine Heizeinrichtung angeordnet ist, von welcher eine elektrische Zuleitung 12 aus einem Ende der Hohlkammer 2 elektrisch isoliert herausgeführt ist. Beide Enden der Hohlkammer 2 sind mit einem hinreichend wärmebeständigen Kunststoff verschlossen, z. B. mit einem wärmehärtbaren Kunstharz.
An beide Seiten einer jeden Hohlkammer 2 schließt jeweils eine weitere Kammer 3 des Strangpressprofils 1a an, bei welcher die Außenwände 6 jedoch geöffnet sind, wie es weiter unten noch im Einzelnen beschrieben wird.
Die Hohlkammern 2 des Strangpressprofils 1a stehen ein Stück weit über die weiteren Kammern 3 vor und erleichtern das Anbringen eines elektrischen Steuergerätes auf der einen Seite und einer Halterung für den Einbau der Heizvorrichtung auf der anderen Seite.
2 zeigt ein Strangpressprofil 1a aus einem gut wärmeleitenden Metall für eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung. Das Strangpressprofil 1a hat mehrere zueinander parallele Hohlkammern 2 mit einem rechteckigen, geschlossenen Querschnitt, welche Zum Aufnehmen von länglichen Heizeinrichtungen 9 vorgesehen sind. Zu beiden Seiten einer jeden Hohlkammer 2 hat das Strangpressprofil 1a jeweils eine weitere Kammer 3, deren lichter Querschnitt größer ist als der lichte Querschnitt der Hohlkammer 2. Die größte Wandstärke hat das Strangpressprofil 1a dort, wo es die Außenwände 4 der Hohlkammern 2 bildet. Ausgehend von den Innenwänden 5 der Hohlkammer 2 verjüngen sich die Außenwände 6 der weiteren Kammern 3 stetig bis zu einer Stelle 7, um dann bis zu Trennwänden 8 gleich zu bleiben, welche je zwei der weiteren Kammern 3 trennen.
3 zeigt den Aufbau einer stabförmigen Heizeinrichtung 9. Sie hat einen Montagerahmen 10, welcher vorzugsweise aus einem hinreichend wärmebeständigen Kunststoff besteht und dazu dient, eine Anzahl von quaderförmigen PTC-Heizelementen 11 aufzunehmen. Eine Zuleitung 12 dient dazu, die PTC-Heizelemente 11 auf ihrer einen Seite elektrisch zu kontaktieren. Die Zuleitung 12 besteht z. B. aus einem verzinnten Kupferstreifen und wird auf ihrer den PTC-Heizelementen 11 abgewandten Seite durch einen streifenförmigen Isolator 13 abgedeckt, welcher vorzugsweise aus einer Keramik, z. B. aus Aluminiumoxid, besteht. Der Isolator 13, die Zuleitung 12 und der Montagerahmen 10 mit den Heizelementen 11 werden in ein stabförmiges Gehäuse 14 eingeführt und darin fixiert. Das Gehäuse 14 ist elektrisch gut leitend und besteht vorzugsweise aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung. Das Gehäuse 14 kontaktiert die der Zuleitung 12 abgewandte Seite der PTC-Heizelemente 11, wohingegen der Isolator 13 die Zuleitung 12 vom Gehäuse 14 isoliert.
Der Heizstab 9 kann in eine Kammer des Strangpressprofils 1a eingeführt werden. Bevorzugt ist es jedoch, auf das in 3 dargestellte gesonderte Gehäuse 14 zu verzichten und die Anordnung aus den PTC-Heizelementen 11, aus dem Montagerahmen 10, aus der Leiterbahn 12 und aus dem Isolator 13 unmittelbar in die Hohlkammer 2 des Strangpressprofils 1a einzuführen und darin festzulegen. Das Festlegen geschieht am einfachsten durch Verpressen, indem auf die beiden Außenwände 4 der Hohlkammer 2 Druck ausgeübt wird, welcher zu einer kleinen bleibenden Verformung der Außenwände 4 führt und nicht nur die Heizeinrichtung 9 fixiert, sondern auch eine gut wärmeleitende Verbindung der Heizelemente 11 mit dem Strangpressprofil 1a bewirkt. Vorzugsweise erfolgt das Verpressen über die gesamte Län ge des Strangpressprofils 1a.
4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt der Heizvorrichtung gemäß 1 mit einer Heizeinrichtung 9, welche – mit Ausnahme des Gehäuses 14 – die in 3 dargestellten Bestandteile hat, von denen der Montagerahmen 10 allerdings aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist. Die gestrichelte Linie 16 gibt den Stromfluß von einer Klemme einer Batterie mit der Spannung U_BAT gegen das auf der Oberfläche des Wärmeübertragers 1 liegende Massepotential an.
5 zeigt eine Abwandlung des in 4 dargestellten Beispiels dahingehend, dass Paare von PTC-Heizelementen 11 vorgesehen sind, zwischen denen die Zuleitung 12 eingeklemmt ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Isolator 13 überflüssig ist und eine größere Heizleistung, bezogen auf die Längeneinheit der Heizeinrichtung 9, erzeugt werden kann.
Das Medium, auf welches die von den PTC-Heizelementen 11 erzeugte Wärme übertragen werden soll, durchströmt die weiteren Kammern 3 nicht in der Strangpressrichtung 17, welche mit der Längsrichtung der Heizeinrichtungen 9 übereinstimmt, sondern quer dazu. Zu diesem Zweck sind die Außenwände 6 der weiteren Kammern 3 geöffnet. Das geschieht vorzugsweise nach dem Einsetzen der Heizelemente 11 in die Hohlkammern 2. Das Öffnen der Außenwände 6 kann auf unterschiedliche Weise geschehen, z. B. durch Ausstanzen von Löchern 18, wie sie in den 6 und 11 dargestellt sind. Eine andere Möglichkeit ist das Bilden von Blenden 19, welche durch Einschneiden und nachfolgendes Eindrücken der Außenwände 6 gebildet werden, wie es in 7 dargestellt ist. Eine dritte Möglichkeit zeigt 8: Durch einen Stanzvorgang werden Lamellen 20 gebildet, welche quer zur Strangpressrichtung 17 verlaufen, in der Nachbarschaft der Hohlkammern 2 beginnen und kurz vor den Trennwänden 8 bzw. vor den Endwänden 15 enden. Die Lamellen 20 werden einwärts gebogen, so dass sich ihre freien Enden mit zunehmender Entfernung von der Hohlkammer 2, von welcher die Lamellen 20 ausgehen, einander annähern, wie es in 8 dargestellt ist.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des aus dem Strangpressprofil 1a gebildeten Wärmeübertragers 1, bei welchem die Lamellen 20 breiter sind als im Ausführungsbeispiel gemäß 8.
10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers 1, bei welchem die Außenwände 6 der weiteren Kammern 3 kammartig geschlitzt sind. dadurch gebildete Lamellen 20 sind in die weiteren Kammern 3 hinein gebogen.
Das in 11 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass anstelle von Lamellen 20 Löcher 18 in der Wand 6 und auf Laschen 21 vorgesehen sind, welche durch Einschneiden der Wand 6 gebildet und in die weiteren Kammern 6 hinein gebogen sind
Den Ausführungsbeispielen, die in den 6 bis 11 dargestellt sind, ist es gemeinsam, dass die Wärmeübertrager 1 von dem zu erwärmenden Medium quer durchströmt werden. An den Rändern der Löcher 18, an den Schnittkanten, Blenden 19 und/oder Lamellen 20 findet eine Wirbelbildung statt, welche zu einem wesentlich besseren Wärmeaustausch führt als die im Stand der Technik praktizierte tangentiale Anströmung der Oberfläche (Wärmetauscherfläche) des Wärmeübertragers 1. Der bei der quer erfolgenden Durchströmung des Wärmeübertragers 1 auftretende Druckverlust kann durch die Wahl der Form und Größe der Löcher 18 und durch die Form der ausgeschnittenen Blenden 19 und/oder Lamellen 20 in weiten Grenzen variiert und im Anwendungsfall angepasst werden. Löcher 18, Blenden 19 und Lamellen 20 können in einem Wärmeübertrager 1 auch miteinander kombiniert werden.
Die in den 2 und 2a dargestellte Heizvorrichtung hat im Bereich der weiteren Kammern 3 keine Öffnung bzw. zeigt das Strangpressprofil vor dem Einbringen von Öffnungen in die Außenwände 6 der weiteren Kammern 3.
Im Zuge der Herstellung der Öffnungen in den Außenwänden 6 können auch die PTC-Heizelemente 11 in den Hohlkammern 2 verpresst werden, insbesondere durch Verwendung eines Folgeverbundwerkzeuges, welches in einem Arbeitsgang die PTC-Heizelemente 11 in Wärmeübertrager 1 verpresst, die Öffnungen bildet und die Außenwand 6 ggf. eindrückt.
Anstatt neben den Hohlkammern 2 weitere Kammern vorzusehen, kann man die Hohlkammern 2 auch durch je einen Steg, d. h. durch nur eine Wand 22 verbinden und an die beiden äußeren Hohlkammern 2 nach außen hin eine jeweils weitere einzelne Wand 22a anschließen lassen, welche ebenfalls keine weitere Kammer bildet. Die Stege 22 und die nach außen ragenden beiden einzelnen Wände 22a haben vorzugsweise ebensolche Öffnungen wie die Wände 6 der weiteren Kammern 3 in den vorhergehend beschriebenen Beispielen.
Die 12 und 13 zeigen einen solchen Wärmeübertrager, welche mit einem Strangpressprofil gebildet ist, welches aus einer ebenen Wand 22, 22a besteht, welche durch z. B. drei Hohlkammern 2 unterbrochen ist. Ein solcher Wärmeübertrager lässt sich sehr einfach durch Strangpressen herstellen. Die ebene Wand 22, 22a muss im einfachsten Fall keine Löcher haben, sondern kann auch ungelocht vom Luftstrom quer angeströmt werden. Einen günstigeren Wirkungsgrad erhält man, wenn man die Wand 22, 22a, welche die Hohlkammern 2 miteinander verbindet und über die beiden äußeren Hohlkammern 2 hinausragt, mit Löchern versieht.
Das in den 14 und 15 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Wärmeübertragers unterscheidet sich von dem in den 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Wände 22, durch welche die Hohlkammern 2 verbunden sind, und die von den beiden äußeren Hohlkammern 2 nach außen ragenden Wände 22a plankonkav ausgebildet sind und dort, wo sie auf den Hohlkammern 2 fußen, ungefähr so dick sind wie diese. Die Wände 22 werden dann stetig dünner, z. B. mit einer kreisbogenförmigen Kontur und haben in der Mitte zwischen zwei Hohlkammern 2 ihre dünnste Stelle. Die nach außen ragenden Wände 22a entsprechen je einer halben Wand 22. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die in den Hohlkammern 2 erzeugte Wärme besser auf die Wände 22 und 22a übertragen werden kann als im Beispiel der 12 und 13. Dadurch, dass die Wände mit zunehmendem Abstand von den Hohlkammern 2 dünner werden, wird Material eingespart, ohne den Wärmeübergang zu verschlechtern.
Die Wände 22 und 22a sind ungelocht, können aber auch gelocht sein.
Das in den 16 und 17 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 14 und 15 dargestellten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass die Wände 22 und 22a nicht plankonkav sondern bikonkav ausgebildet sind und Löcher 18 aufweisen, die vorzugsweise in regelmäßigem Muster angeordnet sind und durch Bohren oder Stanzen gebildet sein können.
Das in 18 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den 14 und 15 dargestellten Ausführungsbeispiel darin, dass aus den Wänden 22, welche sich zwischen den Hohlkammern 2 erstrecken, lang gestreckte Löcher 18 ausgeschnitten sind und dass die plankonvexen Wände 22 und 22a dort, wo sie auf den Hohlkammern 2 fußen, jeweils eine weitere Kammer 3 aufweisen, welche sich parallel zur Hohlkammer 2 erstreckt. Diese weitere Kammer 3 spart Material ohne nennenswerte Einbuße bei der Wärmeübertragung von den Wänden der Hohlkammer 2 auf die Wände 22 und 22a.

1: Wärmeübertrager
1a: Strangpressprofil
2: Hohlkammer
3: weitere Kammer
4: Außenwände von 2
5: Innenwände von 2
6: Außenwände von 3
7: Stelle
8: Trennwand
9: Heizeinrichtung
10: Montagerahmen
11: Heizelement
12: Zuleitung
13: Isolator
14: Gehäuse
15: Endwand
16: Linie
17: Strangpressrichtung
18: Löcher
19: Blenden
20: Lamellen
21: Laschen
22: Wand
22a: Wand

Claims

Heizvorrichtung mit wenigstens einer Heizeinrichtung (9), in welcher ein oder mehrere elektrische Heizelemente (11) angeordnet sind, und mit wenigstens einem Wärmeübertrager (1 ), welcher mit der wenigstens einen Heizeinrichtung (9) verbunden ist und Wärmetauscherflächen hat, wobei der Wärmeübertrager (1) aus einem Strangpressprofil (1a) gebildet ist, in welches die wenigstens eine Heizeinrichtung (9) eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Strangpressprofils (1a) Öffnungen (18) aufweist, so dass das Strangpressprofil (1a) von einem Medium, auf welches die Wärme übertragen werden soll, quer zur Strangpressrichtung durchströmt werden kann.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Heizeinrichtung (9) in einer verschlossenen Hohlkammer (2) des Wärmeübertragers (1) angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (1) zugleich als Gehäuse der wenigstens einen Heizeinrichtung (9) ausgebildet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Heizeinrichtung (9) kein gesondertes Gehäuse (14) hat.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Heizeinrichtung (9) mit dem Strangpressprofil (1a) verpresst ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (11) PTC-Widerstände sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass in der wenigstens einen Heizeinrichtung (9) mehrere Heizelemente (11) geradlinig hintereinander angeordnet sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (11) in der wenigstens einen Heizeinrichtung (9) paarweise nebeneinander liegend angeordnet sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Heizelemente (11) einer Heizeinrichtung (9) in einem einzigen Wärmeübertrager (1) untergebracht sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Heizelemente (11) aller Heizeinrichtungen (9) in einem einzigen Wärmeübertrager (1) untergebracht sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil (1a) neben den Hohlkammern (2) für die Heizeinrichtung (9) weitere Kammern (3) hat, welche parallel zu den Hohlkammern (2) verlaufen.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammern (2) für die Heizeinrichtung (9) mittelbar oder unmittelbar durch Stege (22) verbunden sind, welche keine weiteren Kammern enthalten.
Heizvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammern (2) für die Heizeinrichtung (9) ausschließlich durch Stege (22) verbunden sind, welche keine weiteren Kammern (3) enthalten.
Heizvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege im Querschnitt plankonkav oder bikonkav sind.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die größte Wandstärke des Strangpressprofils (1a) dort vorgesehen ist, wo das Strangpressprofil (1a) die wenigstens eine Heizeinrichtung (9) umschließt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wandstärke der Außenwände (6) des Strangpressprofils (1a) zwischen den Stellen der größten und der kleinsten Dicke stetig ändert.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangpressprofil (1a) aus einem gut wärmeleitfähigen Metall wie z. B. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung besteht.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (18) in Wänden (6) des Strangpressprofils (1a) angeordnet sind, die nicht an einem Heizelement (11) liegen.
Heizvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Öffnungen in den Wänden (6) des Strangpressprofils (1a) Ausschnitte oder Löcher (18) sind.
Heizvorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Öffnungen in den Wänden (6) des Strangpressprofils (1a) durch Einschnitte gebildet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass von den Einschnitten begrenzte Teile der Wände (6) des Strangpressprofils (1a) aus der jeweiligen Wand (6) gebogen sind.
Heizvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Einschnitten begrenzten Teile der Wände (6) des Strangpressprofils (1a) in dieses hinein gebogen sind.