DE102010004985A1

DE102010004985A1 - Ansaugluftvorwärmer

Info

Publication number: DE102010004985A1
Application number: DE102010004985A
Authority: DE
Inventors: Andreas 71563 Mulczet; Alexander 75433 Dauth; Hans-Peter 76646 Etzkorn; Klaus 75038 Lehmann; Rolf Dr. 69168 Merte; Jürgen 76297 Paul
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2010-01-19
Filing date: 2010-01-19
Publication date: 2011-07-21

Abstract

Beschrieben wird ein Ansaugluftvorwärmer mit einem von der zu erwärmenden Luft durchströmbaren Kanal, der von wenigstens einem elektrischen Heizelement erwärmt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kanal von einem Rohr gebildet ist, das die als PTC-Elemente (2) ausgebildeten Heizelemente trägt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ansaugluftvorwärmer für einen Dieselmotor. Ein Ansaugluftvorwärmer mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus der DE 196 43 943 A1 bekannt.
Der Einbauraum in Kraftfahrzeugen ist knapp. In der DE 196 43 943 A1 wurde deshalb vorgeschlagen, einen Ansaugluftvorwärmer in den Zylinderkopf eines Motors zu integrieren. Nachteilig an dem bekannten Ansaugluftvorwärmer ist jedoch eine aufwendige Montage und Fertigung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie der in einem Kraftfahrzeug für einen Ansaugluftvorwärmer zur Verfügung stehende Bauraum durch einen einfach zu fertigenden und leicht zu montierenden Ansaugluftvorwärmer effizient ausgenutzt und der Gefahr einer Überhitzung begegnet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Ansaugluftvorwärmer mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Ansaugluftvorwärmer hat ein von der zu erwärmenden Luft durchströmbares Rohr, das mehrere PTC-Elemente trägt. Durch einen erfindungsgemäßen Ansaugluftvorwärmer kann ein herkömmliches Ansaugrohr ersetzt werden, so dass praktisch kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird. Zudem kann ein Luftstrom über eine vorteilhaft lange Wegstrecke erwärmt werden, so dass eine relativ geringe Temperatur der Heizelemente ausreicht. Fahrzeugbauteile in der Nähe des Ansaugluftvorwärmers werden deshalb weniger belastet und können entsprechend kostengünstiger gefertigt werden, beispielsweise indem preiswertere Kunststoffe verwendet werden, die eine geringere, aber bei Einsatz eines erfindungsgemäßen Ansaugluftvorwärmers ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweisen.
Vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßer Ansaugluftvorwärmer mit relativ geringem Aufwand gefertigt werden und ist durch die Verwendung von PTC-Elementen, also Heizelementen deren elektrischer Widerstand sich bei Erreichen einer kritischen Temperatur sprunghaft erhöht, vor Überhitzung geschützt.
Bevorzugt weist das Rohr wenigstens eine nach innen ragende Wärmeabgaberippe auf. Auf diese Weise kann von den PTC-Elementen freigesetzte Wärme besonders gut an durch das Rohr strömende Luft abgegeben werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Rohr ein inneres Metallrohr aufweist, auf dessen Außenseite die PTC-Elemente sitzen. Bevorzugt wird das innere Rohr als Strangpressprofil hergestellt. Vorteilhaft lassen sich durch Strangpressen auch Wärmeabgaberippen an der Innenseite des Rohrs ohne zusätzlichen Aufwand erzeugen.
Bevorzugt ist das innere Metallrohr von einer Metallhülle umgeben, wobei die PTC-Elemente zwischen dem inneren Metallrohr und der Metallhülle angeordnet sind. Die Metallhülle kann beispielsweise durch Umwickeln mit Metallfolie hergestellt sein oder ein weiteres Rohr sein, in welches das innere Metallrohr mit den PTC-Elementen eingeschoben ist. Die Metallhülle und das innere Metallrohr können vorteilhaft zum Kontaktieren der PTC-Elemente verwendet werden. Beispielsweise kann die Metallhülle auf Masse und das innere Metallrohr auf Potential gelegt werden. Bevorzugt ist dafür, dass das Rohr einen Steckverbinder trägt, der mit einem ersten Anschlusskontakt die Metallhülle und mit einem zweiten Anschlusskontakt, der sich durch eine Öffnung der Metallhülle hindurch erstreckt, das innere Metallrohr kontaktiert.
Ein erfindungsgemäßer Ansaugluftvorwärmer kann auf diese Weise als ein mehrschichtiges Rohr aufgebaut sein, nämlich aus einem inneren Rohr und einer Metallhülle. Die Metallhülle kann von einer Isolationsschicht umgeben sein, um Wärmeverluste nach außen zu reduzieren.
Bevorzugt werden quaderförmige PTC-Elemente aus keramischem Material, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat verwendet. Derartige PTC-Elemente sind kostengünstig erhältlich. Das innere Metallrohr kann mit abgeflachten Auflageflächen für die PTC-Elemente versehen sein, um die Wärmeankopplung der PTC-Elemente an das Rohr zu verbessern. Es ist aber auch möglich PTC-Elemente zu verwenden, die eine zu dem Rohr passende Krümmung aufweisen.
Bei einem erfindungsgemäßen Ansaugluftvorwärmer können in Umfangsrichtung des Rohres mehrere PTC-Elemente nebeneinander angeordnet sein, beispielsweise zwei bis acht, bevorzugt drei bis sechs. Durch die Anzahl und Größe der PTC-Elemente lässt sich dabei die Heizleistung pro Längenabschnitt des Rohres an gegebene Anforderungen anpassen. Bevorzugt ist, dass die Wärmeabgaberippen von Auflageflächen der PTC-Elemente ausgehen. Indem den PTC-Elementen Wärmeabgaberippen zugeordnet sind, kann die von den PTC-Elementen erzeugte Wärme besonders effizient an durch das Rohr strömende Luft abgegeben werden. Bevorzugt ist im Querschnitt gesehen die Anzahl der Wärmeabgaberippen mit der Anzahl der in Umfangsrichtung nebeneinander angeordneten PTC-Elemente identisch.
Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Ansaugluftvorwärmers ist für kurze Rohre ebenso wie für lange Rohre geeignet. Die Länge des Ansaugluftvorwärmers kann deshalb nach den für ein gegebenes Kraftfahrzeug benötigten Anforderungen gewählt werden. An einem erfindungsgemäßen Ansaugluftvorwärmer können mehrere PTC-Elemente vorgesehen sein, die in Längsrichtung des Rohres aufeinanderfolgen. Vorteilhaft kann ein erfindungsgemäßer Ansaugluftvorwärmer ähnlich wie ein herkömmliches Ansaugrohr gebogen oder gekrümmt sein, so dass er den Einbauraum eines Kraftfahrzeugs angepasst ist. Bevorzugt ist dabei, dass der Ansaugluftvorwärmer mehrere PTC-Elemente aufweist, die voneinander einen Abstand in Längsrichtung des Rohres haben. Abstände zwischen benachbarten PTC-Elementen erleichtern das Biegen des Ansaugluftvorwärmers.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ansaugluftvorwärmers;
2 einen Querschnitt zu 1;
3 einen Längsschnitt zu 1.
Der in den 1 bis 3 dargestellte Ansaugluftvorwärmer 1 ist ein mehrschichtiges Rohr, das PTC-Elemente 2 trägt. Ein inneres Metallrohr 3, das Wärmeabgaberippen 4 aufweist und auf dessen Außenseite die PTC-Heizelemente 2 sitzen, ist von einer Metallhülle 5 umgeben. Die PTC-Elemente 2 sind also zwischen dem inneren Metallrohr 3 und der Metallhülle 5 angeordnet. Zwischenräume zwischen benachbarten PTC-Elementen 2 sind mit Füllstoff 6, beispielsweise Schaummasse oder einer anderen hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Substanz, beispielsweise Keramikpulver, gefüllt. Die Metallhülle 5 ist mit einer nicht dargestellten Isolationsschicht überzogen, um die Wärmeabgabe nach außen zu reduzieren. Die thermisch isolierende Schicht kann beispielsweise eine Kunststoffhülle sein, im einfachsten Fall ein Lack. Eine thermische Isolationsschicht lässt sich vorteilhaft auch durch Schaumstoff, Fasermaterial oder andere thermischen Isolationsmaterialen ausbilden, die bevorzugt von einer Kunststoffhülle umgeben sind.
Die PTC-Elemente 2 werden über das innere Metallrohr 3 und die Metallhülle 5 elektrisch kontaktiert. Das mehrschichtige Rohr trägt hierfür einen Steckverbinder 7, der die Metallhülle 5 mit einem ersten Anschlusskontakt 8 und das innere Metallrohr 3 mit einem zweiten Anschlusskontakt 9 kontaktiert, der sich durch eine Öffnung der Metallhülle 5, beispielsweise durch eine Bohrung, hindurch erstreckt.
Der Steckverbinder 7 ist bevorzugt Teil einer Elektronikeinheit 10, die Bauelemente zur Leistungssteuerung enthält. Beispielsweise kann die Elektronikeinheit 10 aus einer Bordnetzspannung durch Pulsweitenmodulation eine Effektivspannung erzeugen, die an die PTC-Elemente 2 angelegt wird.
Die PTC-Elemente 2 sind bevorzugt keramische PTC-Elemente. Besonders vorteilhaft können quaderförmige PTC-Elemente 2 verwendet werden. Derartige PTC-Steine sind kostengünstig erhältlich. Um die PTC-Elemente 2 thermisch gut an das innere Rohr 3 anzukoppeln weist dieses abgeflachte Auflagestellen auf. Das innere Rohr 3 wird mit den Wärmeabgaberippen 4 und den abgeflachten Auflagestellen als Strangpressprofil hergestellt. Die Wärmeabgaberippen 4 gehen von den abgeflachten Auflagestellen der PTC-Elemente 2 aus, so dass die von den PTC-Elementen 2 erzeugte Wärme auf möglichst kurzem Weg zu den Wärmeabgaberippen 4 transportiert und an vorbeiströmende Luft abgegeben werden kann. Bevorzugt sind in Umfangsrichtung des Rohres zwei bis acht, besonders bevorzugt drei bis sechs PTC-Elemente 2, nebeneinander angeordnet.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das innere Rohr 3 einen näherungsweise kreisförmigen Querschnitt. Der Querschnitt kann jedoch weitgehend beliebig gewählt werden, beispielsweise kann ein Vier- oder Sechskantrohr verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Ansaugluftvorwärmer
2: PTC-Element
3: Metallrohr
4: Wärmeabgaberippen
5: Metallhülle
6: Füllstoff
7: Steckverbinder
8: Anschlusskontakt
9: Anschlusskontakt
10: Elektronikeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19643943 A1 [0001, 0002]

Claims

Ansaugluftvorwärmer mit einem von der zu erwärmenden Luft durchströmbaren Kanal, der von wenigstens einem elektrischen Heizelement erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal von einem Rohr gebildet ist, das die als PTC-Elemente (2) ausgebildeten Heizelemente trägt.
Ansaugluftvorwärmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr wenigstens eine nach innen ragende Wärmeabgaberippe (4) aufweist.
Ansaugluftvorwärmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr ein inneres Metallrohr (3) aufweist, auf dessen Außenseite die PTC-Elemente (2) sitzen.
Ansaugluftvorwärmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Metallrohr (3) von einer Metallhülle (5) umgeben ist, wobei die PTC-Elemente (2) zwischen dem inneren Metallrohr (3) und der Metallhülle (5) angeordnet sind.
Ansaugluftvorwärmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr einen Steckverbinder (7) trägt, der mit einem ersten Anschlusskontakt (8) die Metallhülle (5) und mit einem zweiten Anschlusskontakt (9), der sich durch eine Öffnung der Metallhülle (5) hindurch erstreckt, das innere Metallrohr (3) kontaktiert.
Ansaugluftvorwärmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenräume zwischen benachbarten PTC-Elementen (2) mit Füllstoff (6) ausgefüllt sind.
Ansaugluftvorwärmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung des Rohres mehrere PTC-Elemente (2) nebeneinander angeordnet sind.
Ansaugluftvorwärmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr mehrere PTC-Elemente (2) trägt, die von einander einen Abstand in Längsrichtung des Rohres haben.
Ansaugluftvorwärmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Metallrohr (3) von einer wärmeisolierenden Hülle umgeben ist.
Ansaugluftvorwärmer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr gebogen ist.