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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit einem Rahmen, der zwischen Rahmenholmen einen Aufnahmeraum ausbildet, in dem ein geschichteter Heizblock mit wenigstens einem Wärme erzeugenden Element und an gegenüberliegenden Seiten hieran anliegenden Wellrippenelementen aufgenommen ist, und wenigstens einem Strömungswiderstandselement.
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Eine derartige elektrische Heizvorrichtung ist aus der
EP 1 621 378 A1 bekannt.
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Die dort offenbarte elektrische Heizvorrichtung hat einen Rahmen mit einem Aufnahmeraum, in dem neben dem Heizblock zumindest ein gitterförmiges Strömungswiderstandselement aufgenommen ist. Dabei sind in dem Aufnahmeraum Heizelemente als Heizstrang vorgesehen. Jeder Heizstrang wird gebildet durch wenigstens ein Wärme erzeugendes Element und an gegenüberliegenden Seiten daran anliegenden Wellrippenelementen.
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Mit Blick auf eine wirtschaftliche Herstellung der elektrischen Heizvorrichtung schlägt die
EP 1 621 378 A1 vor, einen Standardrahmen jeweils mit abweichender Anzahl an Heizsträngen zu bestücken und die sich gegebenenfalls ergebenden Freiräume innerhalb des Aufnahmeraumes durch ein Gitterelement zu verlegen, so dass Freiräume zwischen den einzelnen Heizsträngen nicht von zu erwärmender Luft frei durchströmt werden können. Vielmehr soll ein gewisser Widerstand innerhalb des Aufnahmeraumes geschaffen werden, der den Freiraum teilweise verlegt und darüber hinaus für eine gewisse Durchmischung von erwärmter Luft, die durch die Heizstränge fließt, und solcher Luft, die durch die Strömungswiderstandselemente fließt, zu erreichen. Nach der Lehre der
EP 1 621 378 A1 sind die Strömungswiderstandselemente entweder zwischen benachbarten Heizsträngen vorgesehen oder aber zwischen einem Rand des Aufnahmeraumes und dem äußeren Heizstrang.
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Ein abweichendes Konzept ist aus der auf die Anmelderin zurückgehenden
EP 2 407 327 A1 bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird der Aufnahmeraum vollständig mit dem Heizblock ausgefüllt. Dementsprechend ist der gesamte Aufnahmeraum mit dem Heizblock bestückt. Die Wärmeleistung kann mitunter dadurch angepasst werden, dass PTC-Elemente, die die Wärme innerhalb der Wärme erzeugenden Elemente ausbilden, in bestimmten Einbaulagen fehlen bzw. vermehrt eingebaut werden. Auch die
EP 2 407 327 A1 lässt sich von der Überlegung leiten, dass ein Standardelement verwendetwird, um unterschiedlichen Gegebenheiten Rechnung zu tragen. Dabei will die
EP 2 407 327 A1 indes eine Lösung vorgeben, welche geeignet ist, eine elektrische Heizvorrichtung mit vorgegebenem Rahmen in einer größeren Einbausituation unterzubringen, ohne dass zu erwärmende Luft an der elektrischen Heizvorrichtung vorbeistreicht. Hierzu schlägt die
EP 2 407 327 A1 einen Aufnahmerahmen vor, welcher den Rahmen der elektrischen Heizvorrichtung in sich aufnimmt und den Raum zwischen dem Rahmen der elektrischen Heizvorrichtung und den Wandungen eines Schachtes eines HVAC, in welches die elektrische Heizvorrichtung eingebaut werden soll, überbrückt. Hierdurch wird verhindert, dass Luft unkontrolliert seitlich an dem Rahmen der elektrischen Heizvorrichtung vorbeiströmt
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Heizvorrichtung anzugeben, deren Wärmeleistung an die jeweilige Einbausituation angepasst werden kann und die sich unter Verwendung von vorhandenen Elementen wirtschaftlicht herstellen lässt.
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Zur Lösung dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine elektrische Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Diese elektrische Heizvorrichtung hat einen an sich bekannten Rahmen mit einem Aufnahmeraum zwischen Rahmenholmen. Der Rahmen hat üblicherweise eine rechteckige Grundfläche, d. h. die Rahmenholme erstrecken sich parallel bzw. rechtwinklig zueinander. In dem Aufnahmeraum, der zwischen den Rahmenholmen gebildet ist, befindet sich ein geschichteter Heizblock mit wenigstens einem Wärme erzeugenden Element, an dem Wellrippenlagen anliegen. Die Wellrippenlagen liegen an gegenüberliegenden Seiten an dem Wärme erzeugenden Element an. Der Aufnahmeraum ist dabei üblicherweise vollständig mit dem geschichteten Heizblock ausgefüllt, d. h. einander gegenüberliegende Öffnungen des Rahmens dienen als Eintritts- und Austrittsöffnungen für die zu erwärmende Luft zu dem Heizblock bzw. von dem Heizblock weg.
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Der Aufnahmeraum ist vorzugsweise nahezu vollständig mit dem geschichteten Heizblock ausgefüllt, d. h. einander gegenüberliegende Öffnungen des Rahmens dienen als Eintritts- und Austrittsöffnungen für die zu erwärmende Luft zu dem Heizblock bzw. von dem Heizblock weg. Der Heizblock ist vorzugsweise über wenigstens eine in dem Aufnahmeraum vorgesehene Feder unter Federvorspannung gehalten. Mit anderen Worten liegen die Lagen des geschichteten Heizblocks unter Federvorspannung aneinander an. Die Federvorspannung ist üblicherweise die einzige Haltekraft, die dafür sorgt, dass die Wärme erzeugenden Elemente mit den daran anliegenden Wellrippenlagen elektrisch und/oder thermisch kontaktiert sind.
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In Abkehr von dem Stand der Technik
EP 1 621 378 A1 befinden sich indes keine Strömungswiderstandselemente innerhalb des Aufnahmeraumes, d. h: innerhalb des eigentlichen Rahmens. Vielmehr sind die Strömungswiderstandselemente an der Außenseite des Aufnahmeraumes vorgesehen und ragen von wenigstens einem der Rahmenholme außenseitig ab. Dies bietet die Möglichkeit, den Rahmen der elektrischen Heizvorrichtung insgesamt kleiner und damit materialschonender auszubilden. Die Strömungswiderstandselemente können in Luftdurchtrittsrichtung, d. h. Dickenrichtung des Rahmens relativ dünn ausgebildet sein, beispielsweise nicht mehr als 10 bis 30% der Dicke des Rahmens insgesamt aufweisen. Erst im Bereich des Aufnahmeraums hat der Rahmen eine derartige Dicke, dass er geeignet ist, den Heizblock in sich aufzunehmen. So lässt sich der Rahmen materialschonend herstellen.
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Dieser Vorteil wird dadurch weiter begünstigt, dass erfindungsgemäß die Strömungswiderstandselemente U-förmig ausgebildet und in Längsrichtung des Rahmenholmes mit Abstand zueinander und einem dazwischen liegenden Freiraum hintereinander vorgesehen sind. Dementsprechend alternieren in Längsrichtung des entsprechenden Rahmenholmes Strömungswiderstandselemente und Freiräume. Durch angepasste Auslegung der U-förmigen Stömungswiderstandselemente kann innerhalb dieser ein Hohlraum geschaffen werden. Die zwischen den Strömungswiderstandselementen vorgesehenen Freiräume und diese Hohlräume werden so aufeinander angepasst, dass der gewünschte Strömungswiderstand außerhalb des Rahmenholmes erzeugt und verhindert wird, dass kalte Luft ungehindert die elektrische Heizvorrichtung passieren kann, ohne in der gewünschten Weise erwärmt worden zu sein.
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Die U-Form jedes einzelnen Strömungswiderstandselementes ist vorzugsweise so gewählt, dass einander sich gegenüberliegende Schenkel der U-Form im Wesentlichen rechtwinklig von dem zugeordneten Rahmenholm abragen und ein die freien Enden der Schenkel verbindender Steg sich im Wesentlichen parallel zu dem Rahmenholm erstreckt.
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Dieser Steg kann mit Abstand zu der Wandung angeordnet sein, welche in dem HVAC ausgeformt wird und in den die erfindungsgemäße elektrische Heizvorrichtung eingebaut ist. So wird zwischen dem Steg und der Wandung einerseits und zwischen dem Steg und dem zugeordneten Rahmenholm andererseits ein gewisser Durchgang für die den Heizblock nicht passierende Strömung geschaffen. Durch entsprechende Dimensionierung kann der Widerstand durch die U-förmigen Strömungswiderstandselemente so angepasst werden, dass die gewünschte Erwärmung der Luft in dem Heizblock bewirkt wird.
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Zur weiteren Anpassung des Strömungswiderstandes wird gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, jedes U-förmig ausgebildete Strömungswiderstandselement von wenigstens einer Strebe durchsetzt auszubilden. Durch die wenigstens eine Strebe wird der Hohlraum innerhalb des U-förmig ausgebildeten Strömungswiderstandselementes teilweise verlegt und der Strömungswiderstand angepasst. Die Strebe kann sich parallel oder rechtwinklig zu dem Steg erstrecken. Die erst genannte Alternative ist zu bevorzugen.
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Dabei ist die Strebe üblicherweise dünn ausgeformt, so dass der in dem Strömungswiderstandselement ausgeformte Hohlraum mit nicht mehr als 15% verlegt ist.
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Sollte ein höherer Strömungswiderstand innerhalb des Hohlraumes erzeugt werden, sind mehrere dünne Streben zu bevorzugen, welche den Durchgang von zu erwärmender Luft durch den Hohlraum behindern. Mehrere Streben sind vorzugsweise jeweils parallel zueinander und mit Abstand zueinander vorgesehen, so dass sich eine leiterartige Ausgestaltung innerhalb des Hohlraumes ergibt.
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Die U-förmig ausgebildeten Strömungswiderstandselemente enden gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise höhengleich, d. h. die Stege der U-förmigen Strömungswiderstandselemente liegen mit gleichem Abstand und üblicherweise parallel zu dem zu geordneten Rahmenholm.
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Alternativ können auch Strömungswiderstandselemente mit unterschiedlicher Höhe vorgesehen sein. Dabei wechseln sich jeweils Strömungswiderstandselemente einer ersten Höhe mit solchen einer zweiten Höhe ab. Die Strömungswiderstandselemente unterschiedlicher Höhe sind alternierend vorgesehen.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung haben die Strömungswiderstandselemente eine geringere Dicke als der Rahmen. Die Strömungswiderstandselemente können zwar an ihrem Fuß, d. h. befestigungsseitig in etwa eine Höhe entsprechend der Höhe des Rahmens haben. Sie verjüngen sich indes in Höhenrichtung, d. h. in einer Erstreckung rechtwinklig zu der Längserstreckung des Rahmenholmes, wodurch Kunststoffmaterial zur Herstellung des Rahmens eingespart werden kann. Die Strömungswiderstandselemente haben üblicherweise eine Dicke von zwischen 30 und 60% der Dicke des zugeordneten Rahmensegmentes. Die Dicke ist dabei die Erstreckung in Luftdurchtrittsöffnung.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
- 1 eine perspektivische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels;
- 2 eine Draufsicht eines zweiten Ausführungsbeispiels; und
- 3 eine Draufsicht eines dritten Ausführungsbeispiels.
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1 zeigt einen mit Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Rahmen einer elektrischen Heizvorrichtung, der zwei sich parallel zueinander erstreckende Längsholme 4 und zwei sich rechtwinklig hierzu erstreckende Querholme 6 umfasst. Zwischen einander gegenüberliegenden Längsholmen 4 und einander gegenüberliegenden Querholmen 6 erstreckt sich ein Gitter 8, dessen Querstreben 10 einander gegenüberliegende Längsholme 4 miteinander verbinden und dessen Längsstreben 12 zwischen einander gegenüberliegenden Querholmen 6 vorgesehen sind und sich auf Höhe von nicht gezeigten Wärme erzeugenden Elementen erstrecken. Dementsprechend liegen beiderseits an den Wärme erzeugenden Elementen anliegende Wellrippenelemente 13 zwischen benachbarten Längsstreben 12 frei. Der grundlegende Aufbau eines Heizblocks mit mehreren Lagen von Wärme erzeugenden Elementen und dazwischen angeordneten Wellrippenelementen ist beispielsweise in der in der Einleitung bereits genannten
EP 2 407 327 A1 mit weiteren Nachweisen vorgestellt.
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Der Rahmen 2 ist aus einem Rahmenschalenelement 14 und einem ebenen Deckelelement 15 gebildet. Das Rahmenschalenelement 14 bildet einen Aufnahmeraum 16 aus, der auf einer Seite durch das einstückig an dem Rahmenschalenelement 14 ausgebildete Gitter 8 und auf der anderen Seite durch das mit dem Rahmenschalenelement 14 verclipste Deckelelement 15 begrenzt und bedeckt ist. Abgesehen von etwaigen hierzu vorgesehenen Rastvorsprüngen ist das Deckelelement 15 als ebene Platte ausgeformt.
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Der Rahmendeckel 15 bildet einen Blenden- abschnitt 17 aus, der den Aufnahmeraum 16 rand- seitig überdeckt, und zwar dort, wo ein Federelement in den Aufnahmeraum 16 eingelegt ist, welches den Heizblock unter Spannung hält, so dass die einzelnen Elemente des Heizblocks unter Druck gegeneinander anliegen, wie dies beispielsweise in der
EP 0 350 528 A1 beschrieben ist. An der gegenüberliegenden Längsseite endet der Aufnahmeraum 16 indes mit dem dort untersten Wellrippenelement 13, welches außenseitig an einer durch das Rahmenschalenelement 14 gebildeten Wandung anliegt. An der Außenseite dieser Wandung befindet sich eine Blendstrebe, die durch das Rahmenschalenelement 14 ausgeformt wird und mit geringerer Dicke als der Aufnahmeraum 16 ausgeformt ist.
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Danach wird der Aufnahmeraum 16 durch sich in Dickenrichtung erstreckende Wandabschnitte entlang der Längsholme 4 begrenzt. An diesen Wandabschnitten liegt der Heizblock an, und zwar mit seinem untersten Wellrippenelement 13 benachbart zu der Blendstrebe 18 und mit dem nicht gezeigten Federelement unterhalb des Blendenabschnitts 17.
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Auf der Außenseite dieser durch den Längsholm 4 gegebenen Anlagefläche sind U-förmig ausgebildete Strömungswiderstandselemente 20 vorgesehen. Zwischen den Strömungswiderstandselementen 20 sind jeweils Freiräume 22 ausgeformt. Die Strömungswiderstandselemente 20 sind U-förmig ausgeformt und haben sich rechtwinklig zu dem Längsholm 4 erstreckende Schenkel 24 und sich parallel zu den Längsholmen 4 erstreckende Stege 26. Die U-förmigen Strömungswiderstandselemente 20 umschließen jeweils einen Hohlraum 28.
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Wie 1 zu entnehmen ist, sind die Strömungswiderstandselemente nach außen hin verjüngt, d. h. haben benachbart zu den Längsstreben 12 und an ihrem Fuß in etwa die Dicke entsprechend der Dicke des Rahmenschalenelementes 14 und haben an ihrem freien Ende eine verminderte, beispielsweise eine um 40 bis 60% gegenüber ihrem Fuß verminderte Dicke.
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Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Strömungswiderstandselemente 20 mit ihren freien Enden jeweils höhengleich, d. h. sämtliche Stege 26 sind in Längsrichtung des Längsholmes 4 hintereinander vorgesehen. Dementsprechend ergibt sich eine durch die hintereinander liegenden Stege 26 definierte gerade Gegenfläche zu einer Wandung eines HVAC, in welches das Ausführungsbeispiel einzubauen ist. Die Hüllfläche um die freien Enden der Strömungswiderstandselemente 20 und die einer Ansteuerseite 30 gegenüberliegenden Einschubseite 32 des Rahmens 2 geben das Einschubmaß des Ausführungsbeispiels vor.
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Das Ausführungsbeispiel hat weitere Strö- mungswiderstandselemente. So befindet sich außer- halb des Aufnahmeraumes 16 und an der besagten Einschubseite 32 eine dünnwandige Blende 34, die mit einem konischen Einzug 36 versehen ist, der eine Bypass-Strömung an der Einschubseite 32 zulässt.
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An der Steuerseite 30 befindet sich ein Steuergehäuse 38, welches eine Steuereinrichtung des Ausführungsbeispiels umgibt. Von dieser Steuereinrichtung sind Kühlkörper 40 zu erkennen, die in an dem Querholm 6 ausgesparten Fenstern 42 freiliegen und so von der zu erwärmenden Luft angeströmt werden können.
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Innerhalb des Aufnahmeraumes 16 sind ferner zwei Reihen von Blendsegmenten 44 vorgesehen, die beweglich in den Aufnahmeraum eingelegt sind und Teile der Ausnehmungen innerhalb des Gitters 8 verlegen und somit einen freien Durchgang durch den Aufnahmeraum 16 von zu erwärmender Luft verhindern. Der grundlegende Aufbau dieser Blendsegmente ist beispielsweise der
EP 1 731 340 A1 zu entnehmen. Dabei sind die vorliegenden Blendsegmente flächig ausgefüllt, d. h. haben keine Durchbrechungen nach Art von Gittersegmenten. Die Blendsegmente sind indes beweglich, so dass eine einzige in den Aufnahmeraum 16 eingelegte Feder den gesamten Heizblock einschließlich eventuell vorgesehener Blendsegmente verspannen kann. Die Blendsegmente können allerdings auch fest mit dem Rahmen verbunden sein, beispielsweise bei der spritzgießtechnischen Herstellung einteilig an diesen angeformt sein. Hierdurch wird der Aufnahmeraum in einzelne Bereiche unterteilt, die möglicherweise jeweils mit einem Federelement vorgesehen sind, um die dort vorgesehenen Fraktionen des Heizblocks unter Federvorspannung zu halten.
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Die 2 zeigt lediglich einen Ausschnitt eines abgewandelten Ausführungsbeispiels und verdeutlicht U-förmige Strömungswiderstandselemente 20, die nicht höhengleich ausgebildet sind. Vielmehr sind Strömungswiderstandselemente 20.1 erster Höhe vorgesehen, deren Höhenerstreckung das Einschubmaß vorgibt, wohingegen U-förmige Strömungswiderstandselemente 20.2 mit geringerer Höhe innerhalb einer sich durch die höheren Strömungswiderstandselemente 20.1 jedenfalls abschnittsweise entlang der Längsholme 4 geradlinig erstreckenden Hüllfläche vorgesehen sind.
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Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind Beispiele von Strömungswiderstandsblenden 46 verdeutlicht, die mittels Umspritzen an den Strömungswiderstandselementen 20 ausgebildet sind. Vorliegend handelt es sich um Streben 46, die innerhalb der höheren U-förmigen Strömungswiderstandselemente 20.1 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 vorgesehen sind. Diese Streben 46 erstrecken sich parallel zu dem zugeordneten Längsholm 4 und verlegen etwa 15% der Fläche des innerhalb der Strömungswiderstandselemente 20.1 gebildeten Freiraums 22.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Rahmen
- 4
- Längsholm
- 6
- Querholm
- 8
- Gitter
- 10
- Querstrebe
- 12
- Längsstrebe
- 13
- Wellrippenelement
- 14
- Rahmenschalenelement
- 15
- Rahmendeckel
- 16
- Aufnahmeraum
- 17
- Blendenabschnitt
- 18
- Blendstrebe
- 20
- Strömungswiderstandselement
- 20.1
- höheres Strömungswiderstandselement
- 20.2
- niedrigeres Strömungswiderstandselement
- 22
- Freiraum
- 24
- Schenkel
- 26
- Steg
- 28
- Hohlraum
- 30
- Steuerseite
- 32
- Einschubseite
- 34
- Blende
- 36
- Einzug
- 38
- Steuergehäuse
- 40
- Kühlkörper
- 42
- Fenster
- 44
- Blendsegment
- 46
- Strömungswiderstandsblende/Strebe
