DE102011014856A1

DE102011014856A1 - Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102011014856A1
Application number: DE102011014856A
Authority: DE
Inventors: Michael Edgar Luppold; Jürgen Kochems
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: DE102011014856B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung mit einem Rotor (1) zum Erzeugen einer Fluidströmung, einem Stator, und wenigstens einem elektrischen Heizelement (2) zum Erwärmen der Fluidströmung, wobei der Stator eine elektrische Leitung zur Versorgung des Heizelements (2) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rotor (1) das Heizelement (2) trägt und das Heizelement (2) über einen Schleifkontakt (3a, 3b) an die Leitung des Stators angeschlossen ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeugklimaanlage mit einer solchen Heizvorrichtung.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Heizvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Derartige Heizvorrichtungen mit einem Rotor zum Erzeugen einer Fluidströmung sind beispielsweise als Heizlüfter bekannt oder in Klimaanlagen eingebaut.
Insbesondere in Fahrzeugklimaanlagen ist der für eine solche Heizvorrichtung zur Verfügung stehende Bauraum knapp.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art kompakter ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Heizvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung trägt der Rotor wenigstens ein Heizelement, das über einen Schleifkontakt an eine Versorgungsleitung des Stators angeschlossen ist. Der Rotor einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung wird also beheizt und erfüllt deshalb eine doppelte Funktion, nämlich einerseits das Erzeugen eines Fluidstroms und andererseits die Wärmeproduktion und Wärmeabgabe an den Fluidstrom.
Während bei herkömmlichen Heizvorrichtungen vor oder hinter dem Rotor eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des von dem Rotor erzeugten Fluidstroms benötigt wird, genügt bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung der Rotor. Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung hat deshalb in Strömungsrichtung des zu erwärmenden Fluidstroms eine wesentlich kleinere Ausdehnung als herkömmliche Heizvorrichtungen.
Ein weiterer Vorteil einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist auch, dass bei herkömmlichen Heizvorrichtungen ein Fluidstrom durch das Anströmen von Heizelementen und Wärmeübertragern gebremst wird. Dadurch entsteht ein erheblicher Druckverlust. Um diesen Druckverlust auszugleichen, muss der Rotor herkömmlicher Heizvorrichtungen einen entsprechend größeren Druck aufbauen, in der Regel durch erhöhte Drehzahlen. Bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung entfällt diese Druckverlustursache, da die Heizelemente in den Rotor integriert sind und Rotorblätter deshalb als Wärmeübertrager wirken. Bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung genügen deshalb kleiner Drehzahlen des Rotors, was dessen Auslegung und die Auslegung seines Antriebs vereinfacht.
Als Heizelemente zur Beheizung des Rotors können beispielsweise Schichtwiderstände, insbesondere Dickschichtwiderstände, oder Heizdraht verwendet werden. Schichtwiderstände haben den Vorteil eines geringen Gewichts. Bevorzugt werden für eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung keramische PTC-Elemente, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat, verwendet. Die PTC-Elemente können als Schichtwiderstände ausgebildet sein. Bevorzugt sind die PTC-Elemente aber als PTC-Steine ausgebildet, beispielsweise als Platten oder Quader.
Heizelemente können besonders vorteilhaft auf Rotorblättern des Rotors angeordnet werden. Bevorzugt weist der Rotor einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung deshalb wenigstens ein Rotorblatt auf, das ein Heizelement oder mehrere Heizelemente trägt.
Die Rotorblätter können aus Kunststoffe sein. Bevorzugt sind die Rotorblätter aber aus Metall, beispielsweise aus einer Aluminiumbasislegierung. Auf diese Weise haben die Rotorblätter eine vorteilhaft hohe Wärmeleitfähigkeit. Die von den Heizelementen erzeugte Wärme kann sich dann besonders gut über die Rotorblätter verteilen und effizient an den Fluidstrom abgegeben werden.
Als Schleifkontakte zum Anschließen von Heizelementen des Rotors an eine Versorgungsleitung des Stators sind beispielsweise Kohlebürsten und Schleifringe geeignet.
Eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung ist wegen ihres kompakten Aufbaus insbesondere zum Beheizen einer Fahrzeugkabine geeignet. Derartige Heizvorrichtungen werden häufig als elektrische Zusatzheizer bezeichnet, da damit zusätzlich zur Beheizung mit Abwärme des Fahrzeugmotors eine weitere Heizung des Fahrgastraums zur Verfügung gestellt wird. Zusatzheizer werden in der Regel in Fahrzeugklimaanlagen integriert.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Seitenansicht des Rotors einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung;
2 eine ausschnittsweise Darstellung des Rotors von vom; und
3 eine Schnittansicht zu 1 entlang der Schnittlinie AA.
Der in den 1 bis 3 schematisch und jeweils in Ausschnitten dargestellte Rotor 1 ist das zentrale Element bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung. Der Rotor 1 ist um eine geometrische Rotationsachse R drehbar und wird von einem nichtdargestellten Stator, beispielsweise einem Rahmen gehalten, der beispielsweise wie bei einem herkömmlichen Heizlüfter oder Ventilator ausgebildet sein kann. Wenn sich der Rotor 1 dreht, wird dadurch ein Luftstrom erzeugt. Die Richtung des Luftstroms hängt dabei von der Drehrichtung des Rotors 1 ab. Die möglichen Richtungen des Luftstroms sind in 1 durch einen Doppelpfeil dargestellt. Die Drehrichtung des Rotors 1 ist in 2 durch einen gebogenen Pfeil dargestellt.
Der Rotor 1 hat mehrere Rotorblätter 1a, die jeweils wenigstens ein Heizelement 2 tragen. Die Heizelemente 2 können als plattenförmige PTC-Steine ausgebildet sein und sitzen bevorzugt in Schlitzen oder Kanälen der Rotorblätter 1a. Nach dem Einsetzen der PTC-Steine in die Schlitze oder Kanäle der Rotorblätter 1a können diese zur Verbesserung der Wärmeankopplung verpresst werden.
Die Heizelemente 2 sind über Schleifkontakte 3a, 3b an eine Versorgungsleitung angeschlossen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Heizelemente 2 über einen ersten Schleifkontakt 3a an Potential angeschlossen. Metallische Rotorblätter 1a können als Masseanschluss verwendet werden. Es ist aber auch möglich, die Heizelemente 2 beidseitig gegenüber den Rotorblättern 1a zu isolieren. Ein zweiter Schleifkontakt 3b kann als Masseanschluss verwendet werden.
3 zeigt, dass die Schleifkontakte 3a, 3b bei diesem Ausführungsbeispiel mit Kontaktzungen 4 ausgebildet sind, die in einem als Ringnut ausgebildeten stecken und an den Wänden des Schlitzes anliegen. Schleifkontakte können auch auf andere Weise, beispielsweise mit Schleifringen und Kohlebürsten realisiert werden.
Der Rotor 1 wird von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben. In dieser Hinsicht unterscheidet sich die dargestellte Heizvorrichtung nicht von handelsüblichen Heizlüftern oder Ventilatoren, so dass diesbezüglich anstelle einer detaillierten Erläuterung auf die Antriebe bekannter Heizlüfter verwiesen werden kann.
Die Rotorblätter 1a können mit Durchbrüchen 5 zur Verbesserung der Wärmeabgabe versehen sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Rotorblättern 1a um Strangpressprofile. Geeignete Rotorblätter können aber auch auf andere Weise, beispielsweise als Gussteile oder aus Blech hergestellt werden.
Bezugszeichenliste

1: Rotor
1a: Rotorblatt
2: Heizelement
3a: Schleifkontakt
3b: Schleifkontakt
4: Kontaktzungen
5: Durchbrüche

Claims

Heizvorrichtung mit einem Rotor (1) zum Erzeugen einer Fluidströmung, einem Stator, und wenigstens einem elektrischen Heizelement (2) zum Erwärmen der Fluidströmung, wobei der Stator eine elektrische Leitung zur Versorgung des Heizelements (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) das Heizelement (2) trägt und das Heizelement (2) über einen Schleifkontakt (3a, 3b) an die Leitung des Stators angeschlossen ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) ein keramisches PTC-Element ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) eine Platte oder ein Quader ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) ein Schichtwiderstand ist.
Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) ein Rotorblatt (1a) aufweist, welches das Heizelement (2) trägt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt (1a) Durchbrüche (5) zur Verbesserung der Wärmeabgabe aufweist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) in einem Schlitz oder Kanal des Rotorblatts (1a) angeordnet ist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (2) in dem Schlitz oder Kanal des Rotorblatts (1a) verpresst ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (1) mehrere Rotorblätter (1a) aufweist, die jeweils wenigstens eines der Heizelemente (2) tragen.
Fahrzeugklimaanlage mit einer Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.