DE102013105686B4

DE102013105686B4 - Fahrzeugheizung

Info

Publication number: DE102013105686B4
Application number: DE102013105686.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dauth; Michael Luppold; Sisay Tadele; Jörg Baginski; Victor Ritzhaupt
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: DE102013105686A1; US10363797B2; CN104210329A; US20140355965A1; CN104210329B

Abstract

Fahrzeugheizung (10), mit wenigstens einem Rohr (1), das mehrere Kammern (2) aufweist, keramischen Heizelementen, die in den Kammern (2) angeordnet sind, und Kontaktblechen (4.1, 4.2), die in den Kammern (2) mit einer Vorderseite an den Heizelementen anliegen und mit einer Rückseite einer Ober- oder Unterseite der Kammer (2) zugewandt sind, wobei wenigstens zwei Kammern (2) des Rohres (1) durch eine Zwischenwand getrennt sind, die von der Oberseite zu der Unterseite dieser beiden Kammern (2) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbleche (4.1, 4.2) wenigstens einen Schlitz aufweisen, in dem die Zwischenwand oder eine der Zwischenwände angeordnet ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Fahrzeugheizung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen, wie sie beispielsweise aus der DE 10 2011 112 196 A1 bekannt ist.
Fahrzeugheizungen, bei denen Heizelemente in Kammern von Rohren angeordnet sind, haben den Vorteil, dass die Heizelemente dort vor Umgebungseinflüssen gut geschützt sind.
Von Fahrzeugherstellern werden zunehmend höhere Heizleistungen erwartet und immer kleinere Einbauräume für Fahrzeugheizungen vorgegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie diese Anforderungen mit einer kostengünstigen Fahrzeugheizung erfüllt werden können.
Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeugheizung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Höhere Heizleistungen führen zu einem entsprechend höheren Platzbedarf für keramische Heizelemente, die in den Kammern von Rohren angeordnet werden. Problematisch ist dabei, dass sich die Kammern nicht beliebig vergrößern lassen, da in größeren Kammern eine zunehmend schlechtere Wärmeankoppelung der Heizelemente an das die Heizelemente umgebende Rohr auftritt. Für eine gute Wärmeankoppelung müssen die Rohre für Fahrzeugheizungen nämlich verpresst werden, damit zwischen der Ober- und Unterseite der Kammern und den dazwischen angeordneten Heizelementen ein guter Wärmekontakt gegeben ist. Je breiter die Kammern ausgeführt werden, desto größer ist die Gefahr, dass sich trotz eines Verpressens kein ausreichend guter Wärmekontakt mehr erzielen lässt.
Bei bekannten Fahrzeugheizungen ist mit einer vergrößerten Anzahl der Kammern der Nachteil einer entsprechend größeren Anzahl von Bauteilen und ein entsprechend größerer Kontaktierungsaufwand verbunden. Dieser Nachteil wird bei einer erfindungsgemäßen Fahrzeugheizung dadurch überwunden, dass die Kontaktflächen einen Schlitz aufweisen, in dem die Zwischenwand oder eine der Zwischenwände angeordnet ist, welche zwei Kammern eines Rohres trennt. Bei einer erfindungsgemäßen Fahrzeugheizung kann ein Kontaktblech somit in mehreren Kammern Heizelemente kontaktieren. Vorteilhaft wird dadurch die Anzahl der benötigten Bauteile reduziert. Eine Leiterplatte, die eine Steuerschaltung der Fahrzeugheizung trägt, benötigt somit weniger Kontaktstellen zu Kontaktblechen, da eine entsprechend kleinere Anzahl von Kontaktblechen ausreicht. Beispielsweise können die Kontaktbleche an einem Ende einen Fortsatz aufweisen, der in der Leiterplatte steckt.
Die Zwischenwand zwischen zwei Kammern eines Rohres kann hohl sein, wie dies beispielsweise bei dem in 4 der DE 10 2011 112 196 A1 dargestellten Rohr einer Fahrzeugheizung der Fall ist. Bevorzugt ist die Zwischenwand aber nicht hohl, sondern massiv.
Wie bereits erwähnt, lässt sich der Wärmekontakt eines Rohres zu den in ihm angeordneten Heizelementen wesentlich verbessern, indem ein Rohr verpresst wird. Die Kraftrichtung ist beim Verpressen senkrecht zu der Ebene des Kontaktblechs oder der Kontaktbleche orientiert. Es ist deshalb vorteilhaft, wenn sich die Zwischenwand von der Oberseite zur Unterseite der durch sie getrennten Kammern erstreckt. Unter der Oberseite und der Unterseite einer Kammer sind dabei die beiden Seiten zu verstehen, die jeweils der Vorderseite bzw. der Rückseite eines in der Kammer angeordneten Kontaktblechs zugewandt sind. Die Vorderseite eines Kontaktblechs ist die Seite, mit der das Kontaktblech Heizelemente kontaktiert. Die Ober- und Unterseite erstreckt sich bei einer rechteckigen Kammer also parallel zu der Vorderseite und der Rückseite eines Kontaktblechs.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass mehrere Rohre, die jeweils wenigstens zwei Kammern aufweisen, nebeneinander angeordnet sind. Durch die Verwendung von mehreren Rohren, die jeweils mehrere Kammern aufweisen, lässt sich in einem gegebenen Volumen eine größere Heizleistung erzielen. Die Rohre sind dabei bevorzugt in einem Abstand von einander angeordnet. Die von den Heizelementen erzeugte Wärme kann dann sehr effizient an zwischen den Rohren hindurchströmende Luft abgegeben werden. Die Rohre können durch Wärmeabgabekörper, beispielsweise aufgesteckte Lamellen, miteinander verbunden sein. Zwingend erforderlich sind solche Wärmeabgabeelemente aber nicht. Bevorzugt sind benachbarte Rohre mit ihren Ober- und Unterseiten einander zugewandt. Vorteilhaft lässt sich auf diese Weise der Strömungswiderstand der Rohre minimieren.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass es sich bei den Rohren um Flachrohre handelt. Flachrohre haben breite Ober- und Unterseiten, die über Schmalseiten miteinander verbunden sind. Die Zwischenwand oder die Zwischenwände erstrecken sich dabei jeweils von der Oberseite zur Unterseite der Rohre. Die Flachrohre haben bevorzugt genau zwei Kammern, in denen Heizelemente angeordnet sind. Falls Flachrohre mit mehr als zwei Kammern verwendet werden, sind die Kammern bevorzugt in einer Reihe nebeneinander angeordnet.
Wenn die Rohre zur Massekontaktierung der Heizelemente verwendet werden, genügt in einer Kammer ein einziges Kontaktblech. Insbesondere bei größeren elektrischen Spannungen ist es vorteilhaft, die Heizelemente zwischen zwei Kontaktblechen anzuordnen, die jeweils gegenüber den Rohren isoliert sind.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 die Anordnung von Kontaktblechen in einem Heizrohr einer Fahrzeigheizung; und
2 das Zusammenfügen mehrerer Rohre zu einer Fahrzeugheizung.
In 1 ist schematisch dargestellt, wie verschiedene Komponenten zu einem Heizstab 6 einer Fahrzeugheizung 10 zusammengefügt werden. Der Heizstab 6 hat als Gehäuse ein Flachrohr 1, das zwei nebeneinander liegende Kammern 2 aufweist und beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumbasislegierung hergestellt sein kann. Die beiden Kammern 2 sind durch eine Zwischenwand getrennt, die sich von einer breiten Unterseite bis zu einer breiten Oberseite des Flachrohres 1 erstreckt. Ober- und Unterseite des Flachrohres 1 sind durch Schmalseiten miteinander verbunden.
In dem Flachrohr 1 sind zwei Kontaktbleche 4.1, 4.2 angeordnet, zwischen denen mehrere keramische Heizelemente (nicht dargestellt) sitzen. Die Heizelemente liegen an den Kontaktblechen 4.1, 4.2 an und können PTC Heizelemente sein, beispielsweise auf Basis von Bariumtitanat. Die Kontaktbleche 4.1, 4.2 liegen an den Heizelementen jeweils mit einer Vorderseite an und sind mit einer Rückseite der Ober- oder Unterseite der Kammern 2 zugewandt, Die Kontaktbleche 4.1, 4.2 sind jeweils durch eine Isolierschicht 3 elektrisch gegenüber dem Flachrohr 1 isoliert. Die Isolierschicht 3 kann beispielsweise ein Streifen aus einem elektrisch isolierendem Kunststoff oder einer elektrisch isolierenden Keramik, beispielsweise Aluminiumoxid, sein. Bevorzugt sind auch die Kanten und Schmalseiten der Kontaktbleche 4.1, 4.2 von der Isolierschicht 3 bedeckt, beispielsweise indem ein aus Kontaktblechen 4.1, 4.2 und Heizelementen gebildeter Verbund mit einem Isolierstreifen umwickelt ist.
Die Kontaktbleche 4.1, 4.2 weisen einen in Längsrichtung verlaufenden Schlitz auf. Die Kontaktbleche 4.1, 4.2 werden so in das Flachrohr 1 eingeführt, dass die Zwischenwand des Flachrohrs 1 in dem Schlitz angeordnet ist. Die beiden Hälften der Kontaktbleche 4.1, 4.2 sind an einem Ende durch einen Steg 5 verbunden, der einen Fortsatz, bevorzugt einen stiftförmigen Fortsatz, zur elektrischen Kontaktierung trägt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Flachrohr 1 genau zwei Kammern 2, in denen Heizelemente angeordnet sind. Um die Heizleistung zu erhöhen können Flachrohre 1 mit drei oder noch mehr nebeneinander angeordneten Kammern 2 verwendet werden, in denen die Heizelemente mit Kontaktblechen 4.1, 4.2 kontaktiert werden, die zwei oder mehr in Längsrichtung verlaufende Schlitze aufweisen.
In 2 ist schematisch dargestellt, wie mehrere Heizstäbe 6 zu einer Fahrzeugheizung 10 zusammengefügt werden können. Zwischen benachbarten Heizstäben 6 ist ein Abstand, durch den zu erwärmendes Gas strömen kann. Benachbarte Heizstäbe 6 wenden sich Ober- und Unterseiten der Flachrohre 1 zu. Die Flachrohre 1 werden an einer Schmalseite von zu erwärmendem Gas angeströmt.
Die Heizstäbe 6 können mit einem hinteren Ende in eine Halterung 9 gesteckt werden. Auf ein vorderes Ende der Heizstäbe 6, an dem die Kontaktbleche 4.1, 4.2 aus den Flachrohren 1 herausragen, wird ein Boden 8 eines Leiterplattengehäuses aufgesteckt. Auf den Boden 8 des Leiterplattengehäuses wird eine Leiterplatte 7 gelegt, die mehrere Kontaktöffnungen aufweist. In diese Kontaktöffnungen greifen die Fortsätze der Kontaktbleche 4.1, 4.2 ein und erzeugen so einen elektrischen Kontakt zu der Leiterplatte 7. Die Leiterplatte 7 trägt eine Steuerschaltung, die in 2 nicht dargestellt ist und beispielsweise Transistorschalter enthalten kann, mit denen die Heizstäbe 6 einzeln aktiviert werden können.
Das Leiterplattengehäuse wird mit einem nicht dargestellten Deckel verschlossen. Die Heizstäbe 6 können mit Wärmeabgabeelementen versehen sein, beispielsweise aufgeschobenen Blechlamellen.
Bezugszeichenliste

1: Flachrohr
2: Kammern
3: Isolierschicht
4.1: Kontaktblech
4.2: Kontaktblech
5: Steg
6: Heizstäbe
7: Leiterplatte
8: Boden des Leiterplattengehäuses
9: Halterung
10: Fahrzeugheizung

Claims

Fahrzeugheizung (10), mit wenigstens einem Rohr (1), das mehrere Kammern (2) aufweist, keramischen Heizelementen, die in den Kammern (2) angeordnet sind, und Kontaktblechen (4.1, 4.2), die in den Kammern (2) mit einer Vorderseite an den Heizelementen anliegen und mit einer Rückseite einer Ober- oder Unterseite der Kammer (2) zugewandt sind, wobei wenigstens zwei Kammern (2) des Rohres (1) durch eine Zwischenwand getrennt sind, die von der Oberseite zu der Unterseite dieser beiden Kammern (2) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbleche (4.1, 4.2) wenigstens einen Schlitz aufweisen, in dem die Zwischenwand oder eine der Zwischenwände angeordnet ist.
Fahrzeugheizung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbleche (4.1, 4.2) an einem Ende einen Fortsatz aufweisen, der in einer Leiterplatte (7) steckt.
Fahrzeugheizung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Kammer (2) zwei Kontaktbleche (4.1, 4.2) angeordnet sind, zwischen denen die Heizelemente angeordnet sind.
Fahrzeugheizung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rohre (1), die jeweils wenigstens zwei Kammern (2) aufweisen, nebeneinander angeordnet sind.
Fahrzeugheizung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) mit einem Ende in einer Halterung (9) stecken.
Fahrzeugheizung (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Unter- und Oberseiten benachbarter Rohre (1) einander zugewandt sind.
Fahrzeugheizung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) mit einem Ende in einem Boden (8) eines Schaltungsgehäuses stecken, in dem eine Steuerschaltung angeordnet ist.
Fahrzeugheizung (10) nach Anspruch 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung auf der Leiterplatte (7) sitzt.
Fahrzeugheizung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (1) Flachrohre sind.
Fahrzeugheizung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand massiv ist.