DE102012103562A1

DE102012103562A1 - Elektrische Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102012103562A1
Application number: DE201210103562
Authority: DE
Inventors: Andrew Conway
Original assignee: BorgWarner Beru Systems GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2012-04-23
Filing date: 2012-04-23
Publication date: 2013-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms, mit Metallrohren (1), die nebeneinander angeordnet sind und jeweils wenigstens ein Heizelement (5) enthalten, und Wärmeübertragern (2), zum Übertragen von Wärme von den Rohren (1) auf den Luftstrom. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Rahmen (3, 4) die Rohre (1) und die Wärmeübertrager (2) zusammenhält.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung mit Rohren, die jeweils wenigstens ein Heizelement enthalten. Derartige Heizvorrichtungen werden zum Beheizen des Innenraums von Kraftfahrzeugen benötigt.
DE 10 2009 013 927 A1 offenbart eine Heizvorrichtung aus einem Strangpressprofil. Das Strangpressprofil weist Rohre, in denen Heizelemente angeordnet sind, und Wärmeübertrager auf. Die Wärmeübertrager sind Bereiche des Strangpressprofils, die mit Löchern versehen wurden. Zu erwärmende Luft kann durch diese Öffnungen quer zur Strangpressrichtung strömen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Weg aufzuzeigen, wie eine elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms in einem Kraftfahrzeug kostengünstiger hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung sind die Wärmeübertrager und die Rohre als einzelne Teile hergestellt und werden von einem Rahmen zusammengehalten. Einzelne Rohre und Wärmeübertrager können wesentlich kostengünstiger hergestellt werden als ein Strangpressprofil, das Rohre und Wärmeübertrager integral bildet. Ein Rahmen, der einzelne Rohre und Wärmeübertrager zusammenhält, kann kostengünstig hergestellt werden, beispielsweise aus Kunststoff.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Rahmen aus einem Basisteil und einem Deckelteil zusammengesetzt ist, die jeweils wenigsten eine Öffnung für den Luftstrom haben. Die Rohre und die Wärmeübertrager sind zwischen dem Basisteil und dem Deckelteil angeordnet. Auf diese Weise kann ein stabiler Rahmen geschaffen werden, der die Rohre und die Wärmeübertrager gegeneinander drückt. Bevorzugt weist das Basisteil und/oder das Deckelteil wenigsten einen Steg auf, der ihre durchströmbare Öffnung in kleinere Öffnungen unterteilt. Dies erhöht die Stabilität des Rahmens.
Bevorzugt sind die wenigstens eine Öffnung des Basisteils und die wenigstens eine Öffnung des Deckelteils in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Dies kann man erreichen, indem das Basisteil und das Deckelteil in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet werden, beispielsweise indem man das Deckelteil auf das Basisteil steckt, wobei die Steckrichtung senkrecht zu der geometrischen Ebene ist, die durch die Rohre definiert ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Deckelteil an dem Basisteil formschlüssig befestigt ist, beispielsweise durch Verrastung. Dies vereinfacht den Zusammenbau. Beispielsweise kann das Deckelteil Rasthaken aufweisen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Basisteil wenigstens zwei Längswände hat, die jeweils Ausnehmungen zum Positionieren der Rohre aufweisen. Dies vereinfacht den Zusammenbau, da die Rohre leicht in ihren korrekten Positionen auf dem Basisteil platziert werden können. Die Wärmeübertrager können dann zwischen parallelen Rohren angeordnet und das Deckelteil auf dem Basisteil befestigt werden. Beispielsweise können Ausnehmungen in gegenüberliegenden Längswänden Endabschnitte der Rohre aufnehmen. Auf diese Weise werden beide Enden eines Rohrs von dem Basisteil gehalten. Das Rohr überbrückt dann die Öffnung, durch welche im Betrieb zu erwärmende Luft strömt.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Deckelteil Längswände hat, die sich parallel zu den Rohren erstrecken. Diese Längswände können Druck auf die Rohre und die Wärmeübertrager ausüben. Dadurch lässt sich die thermische Ankupplung der Rohre an die Wärmeübertrager verbessern.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sowohl das Basisteil als auch das Deckelteil einen geschlossenen Umfang haben, der die wenigstens eine durchströmende Öffnung umgibt. Beispielsweise können sowohl das Basisteil als auch das Deckelteil zwei Paare von gegenüberliegenden Schenkeln haben, insbesondere rechteckig sein.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmeübertrager aus gewelltem Blech sind, beispielsweise aus Aluminium. Solche Wärmeübertrager können kostengünstig hergestellt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine elektrische Heizvorrichtung,
2 eine Explosionsdarstellung der Heizvorrichtung, und
3 einen schematischen Querschnitt eines Rohres Die in den Figuren dargestellte elektrische Heizvorrichtung kann zum Beheizen eines Luftstroms und somit zum Beheizen der Fahrgastzelle eines Fahrzeugs verwendet werden. Die Heizvorrichtung weist mehrere Metallrohre 1, in denen jeweils wenigstens ein Heizelement angeordnet ist, Wärmeübertrager 2 und einen Rahmen, der aus einem Basisteil 3 und einem Deckelteil 4 besteht, auf. Rahmenflächen von Basisteil und Deckelteil sind übereinander angeordnet. Die Rohre 1 sind parallel zueinander angeordnet mit Wärmeübertragern 2 zwischen ihnen. Die einzelnen Rohre 1 und die einzelnen Wärmeübertrager 2 werden von dem Rahmen, der kostengünstig aus Plastik hergestellt werden kann, zusammengehalten.
3 zeigt einen Querschnitt durch eines der Rohre 1 der Heizvorrichtung. Das Heizelement 5 oder die Heizelemente, die in dem Rohr 1 angeordnet sind, können keramische Heizelemente sein, beispielsweise PTC Heizelemente. Solche Heizelemente können beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat hergestellt werden. Es können jedoch auch irgendwelche anderen Heizwiderstände verwendet werden. Um die Wärmeleitung von den Heizelementen 5 zu dem Rohr 1 zu verbessern, können die Rohre verpresst und dadurch plastisch verformt wurden, nachdem die Heizelemente 5 und sonstige Komponenten eingebracht werden. Bevorzugt sind die Rohre 1 Flachrohre.
Das wenigstens eine Heizelement 5 in dem Rohr 1 wird von einem Blechstreifen 6 kontaktiert, der elektrisch gegenüber dem Metallrohr 1 isoliert ist, beispielsweise durch eine keramische Isolationsschicht 7 oder eine Kunststoffschicht. Das Rohr 1 kann als Massekontakt des Heizelements 5 verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen zweiten Blechstreifen zu verwenden, der ebenfalls gegenüber dem Rohr 1 elektrisch isoliert ist.
2 zeigt, dass das Basisteil 3 und das Deckelteil 4 des Rahmens jeweils eine oder mehrere Öffnungen haben, durch die Luft strömen kann. An sich genügt eine einzige Öffnung in dem Basisteil 3 und eine einzige Öffnung in dem Deckelteil 4. Es ist jedoch vorteilhaft, solche Öffnungen in mehrere Öffnungen zu unterteilen und dadurch die mechanische Stabilität des Rahmens zu erhöhen, beispielsweise durch einen oder mehrere Stege 8. Ein stabilerer Rahmen kann eine größere Klemmkraft aufbringen, welche die Rohre 1 und die Wärmeübertrager 2 gegeneinander drückt und somit eine gute Wärmeleitung zwischen den Rohren 1 und den Wärmeübertragern 2 ermöglicht. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen das Basisteil 3 und das Deckelteil 4 jeweils ein Gitter auf, dass die vom Rahmen umgebene Anströmfläche in mehrere Öffnungen unterteilt. Die Rohre 1 und die Wärmeübertrager 2 sind zwischen diesen beiden Gittern, die von Stegen 8 gebildet werden, abgeordnet.
Das Basisteil 3 und das Deckelteil 4 haben bevorzugt jeweils einen geschlossenen Umfang. Dies bedeutet, dass sowohl die wenigstens eine Öffnung des Basisteils 3 als auch die wenigstens eine Öffnung des Deckelteils 4 in einer geometrischen Ebene, die parallel zu der geometrischen Ebene der Rohre ist, ringsum (d. h. 360°) umschlossen sind. Dies erhöht die mechanische Stabilität des Rahmens.
Die wenigstens eine Öffnung des Basisteils 3 und die wenigstens eine Öffnung des Deckelteils 4 sind in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Dies beutetet, dass zu erwärmende Luft zuerst durch die Öffnung eines der beiden Rahmenteile strömt, danach an den Wärmeübertragern 2 und den Rohren vorbeiströmt und schließlich die Heizvorrichtung durch die Öffnung des anderen Rahmenteils verlässt. Mit anderen Worten gesagt, sind also die beiden Rahmenteile 3, 4 in Strömungsrichtung gesehen hintereinander angeordnet.
Bei Zusammenbau wird das Deckelteil 4 senkrecht zu der durch die Rohre 1 definierten geometrischen Ebene gegen das Basisteil 3 gedrückt. Das Deckelteil 4 kann an dem Basisteil 3 beispielsweise durch eine Rastverbindung befestigt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Deckelteil 4 Rasthaken 4a. Es ist auch möglich, Rasthaken an dem Basisteil 3 vorzusehen.
Das Basisteil 3 kann Ausnehmungen zum Positionieren der Rohre 1 haben. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind derartige Ausnehmungen in Längswänden 3a des Basisteils 3 vorgesehen. Die Ausnehmungen können beispielsweise als Sacklöcher, Schlitze oder als Durchbrüche vorgesehen sein. Bei dem dargstellten Ausführungsbeispiel hat eine der Längswände 3a Ausnehmungen in Form von Sacklöchern und die gegenüberliegende Längswand 3a Ausnehmungen in Form von Schlitzen. Das Deckelteil 4 kann Längswände 4b haben, die sich parallel zu den Rohren 1 erstrecken. Diese Längswände 4b können Druck auf die Rohre 1 und die Wärmeübertrager 2 ausüben, um diese für einen guten thermischen Kontakt zusammenzuklemmen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bewirken die Längswände 4b die Rastverbindung mit dem Basisteil 3.
Die Längswände 3a und 4b können in Bezug auf einen Boden, z. B. einen Streifen oder eine Platte, des Basisteils 3 beziehungsweise des Deckelteils 4 biegsam sein.
Indem die Längswände 3a, 4b des Basisteils 3 und des Deckelteils 4 gebogen werden, können sie die rohre 1 und die Wärmeübertrager 2 leichter fassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben sowohl das Basisteil 3 als auch das Deckelteil 4 eine rechteckige Form mit 4 geradlinigen Schenkeln. Sowohl das Basisteil 3 als auch das Deckelteil 4 bilden somit jeweils einen rechteckigen Rahmen, was vorteilhaft aber nicht unbedingt erforderlich ist.
Die Wärmeübertrager 2 können beispielsweise aus gewelltem Blech hergestellt sein. Gewelltes Blech kann auf einen Metallstreifen gelötet werden, um die Oberfläche, über welche Wärme von einem Rohr 1 zu dem gewellten Blech fließen kann, zu erhöhen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009013927 A1 [0002]

Claims

Elektrische Heizvorrichtung zum Erwärmen eines Luftstroms, mit Metallrohren (1), die nebeneinander angeordnet sind und jeweils wenigstens ein Heizelement (5) enthalten, und Wärmeübertragern (2), zum Übertragen von Wärme von den Rohren (1) auf den Luftstrom, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rahmen (3, 4) die Rohre (1) und die Wärmeübertrager (2) zusammenhält.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen ein Basisteil (3), das wenigstens eine Öffnung für den Luftstrom hat, und ein Deckelteil (4), das wenigstens eine Öffnung für den Luftstrom hat, aufweist, wobei die Rohre (1) und die Wärmeüberträger (2) zwischen dem Basisteil (3) und dem Deckelteil (4) angeordnet sind.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung des Basisteils (3) und die wenigstens eine Öffnung des Deckelteils (4) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.
Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (3) und/oder das Deckelteil (4) wenigstens einen Steg (8) aufweisen, der die Öffnung unterteilt.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (4) zwei Seitenwände (4a) hat, die sich parallel zu den Rohren (1) erstrecken.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (4) mit dem Basisteil (3) verrastet ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (3) zwei Seitenwände (3a) mit Ausnehmungen zum Positionieren der Rohre (1) hat.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (3) senkrecht zu einer durch die Rohre (1) definierten Ebene auf das Basisteil (4) aufgesetzt ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3, 4) aus Kunststoff ist.
Elektrische Heizvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertrager (2) aus Blech sind.