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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer PTC-Heizelemente aufweisenden Heizeinrichtung zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anordnung.
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Elektrisch betriebene PTC-Heizelemente für Heizeinrichtungen weisen eine hohe Prozesssicherheit auf und überhitzen nicht. Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften kommen PCT-Heizelemente insbesondere im Automobilbereich zum Einsatz. PCT-Heizelemente werden unter anderem zur Fahrzeuginnenraumbeheizung genutzt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von Anordnungen zum Beheizen von Fahrzeuginnenräumen mittels elektrischer PTC-Heizelemente neue Wege aufzuzeigen. Insbesondere soll eine Anordnung geschaffen werden, die es auf technisch einfache und somit kostengünstige Weise ermöglicht, verschiedenen Innenraumzonen eines Fahrzeuginnenraums eine unterschiedliche Heizleistung zuzuführen.
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Grundidee der Erfindung ist demnach, eine Heizeinrichtung mit elektrischen PTC-Heizelementen in zwei Kanalzonen eines Luftkanals derart anzuordnen, dass eine Anzahl der in der ersten Kanalzone angeordneten PTC-Heizelemente verschieden ist von einer Anzahl der in der zweiten Kanalzone angeordneten PTC-Heizelementen. Auf diese Weise wird die durch die erste Kanalzone strömende Luft stärker oder schwächer erwärmt als die durch die zweite Kanalzone strömende Luft. Da die durch die beiden Kanalzonen geführte Luft in unterschiedliche Innenraumzonen eines Fahrzeuginnenraums geleitet wird, kann somit besagten Innenraumzonen auf einfache Weise eine unterschiedliche Heizleistung - in Form von unterschiedlich stark erwärmter Luft - zugeführt werden. Auf diese Weise können denjenigen Innenraumzonen eines Kraftfahrzeugs, welche für die Temperierung eine höhere Heizleistung benötigen als andere Innenraumzonen, diese höhere Heizleistung auf einfache Weise bereitgestellt werden.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums eines Kraftfahrzeugs umfasst einen sich entlang einer Erstreckungsrichtung erstreckenden und von einem Kanalgehäuse begrenzten Luftkanal zum Durchströmen mit Luft. Der Luftkanal besitzt in einem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine erste Kanalzone, über welche die Luft in eine erste Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums eingeleitet wird. Ebenso besitzt der Luftkanal in dem Querschnitt wenigstens eine zweite Kanalzone, über welche die Luft in eine zweite Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums eingeleitet wird. Ferner weist die Anordnung wenigstens eine im Luftkanal angeordnete Heizeinrichtung auf. Diese Heizeinrichtung umfasst eine Mehrzahl von sich im Luftkanal quer zur Erstreckungsrichtung erstreckende Heizstränge, die wiederum elektrische PTC-Heizelemente aufweisen. Erfindungsgemäß ist jeder Heizstrang zumindest in einen ersten Strangabschnitt, der in der ersten Kanalzone angeordnet ist, und in einen zweiten Strangabschnitt unterteilt, der in der zweiten Kanalzone angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Anzahl aller in den ersten Strangabschnitten angeordneten elektrischen PTC-Heizelemente verschieden von der Anzahl aller in den zweiten Strangabschnitten angeordneten elektrischen PTC-Heizelementen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in zumindest einem Heizstrang, vorzugsweise in zumindest zwei Heizsträngen, höchst vorzugsweise in jedem Heizstrang, in dessen erstem Strangabschnitt eine andere Anzahl an elektrischen PTC-Heizelementen vorgesehen als in dessen zweitem Strangabschnitt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in zumindest einem Heizstrang, vorzugsweise in zumindest zwei Heizsträngen, im ersten oder im zweiten Strangabschnitt kein elektrisches PTC-Heizelement angeordnet. Diese Ausführungsform stellt eine einfache Möglichkeit dar, die erfindungswesentliche unterschiedliche Anzahl an Heizelementen in der ersten und zweiten Kanalzone zu realisieren.
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Besonders zweckmäßig sind die Heizstränge mit den elektrischen PTC-Heizelementen in einer Ebene senkrecht zur Erstreckungsrichtung angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die elektrischen PTC-Heizelemente senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der Luft im Luftkanal durchströmt werden.
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Besonders bevorzugt ist in dem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine von der ersten Kanalzone gebildete Querschnittsfläche gleich groß wie eine von der zweiten Kanalzone gebildete Querschnittsfläche.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung verläuft in dem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine virtuelle Symmetrieachse, welche den Kanalquerschnitt des Luftkanals in zwei achsensymmetrisch zueinander angeordnete Kanalhälften halbiert, welche die erste und die zweite Kanalzone bilden.
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Zweckmäßig erstrecken sich die Heizstränge entlang einer gemeinsamen Längsrichtung und sind bezüglich einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung im Abstand zueinander angeordnet. Auf diese Weise kann die Luft bei nur geringem Druckabfall durch die zwischen zwei benachbarten Heizsträngen gebildeten Zwischenräume hindurchtreten.
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Besonders bevorzugt sind die PTC-Heizelemente als Gleichteile ausgebildet. Dieser Ausführungsform ist mit besonders geringen Herstellungskosten verbunden. Da Gleichteile verwendet werden, können somit die gewünschten unterschiedlichen Heizleistungen in den beiden Kanalzonen auf einfache Weise durch Festlegung der Anzahl an in den beiden Kanalzonen angeordneten PTC-Heizelemente realisiert werden.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind alle PTC-Heizelemente im Betrieb der wenigstens einen Heizeinrichtung an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen, so dass durch alle in der ersten Kanalzone angeordneten elektrischen PTC-Heizelemente zusammen eine erste elektrische Gesamt-Heizleistung bereitgestellt wird. Diese erste elektrische Gesamt-Heizleistung ist von einer zweitenielektrischen Gesamt-Heizleistung verschieden, die von allen in der zweiten Kanalzone angeordneten PTC-Heizelementen bereitgestellt wird.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Heizstrang der Heizeinrichtung mittels eines Halbleiterschalters elektrisch mit der elektrischen Stromversorgung verbunden. Auf diese Weise kann der betreffende Heizstrang im Bedarfsfall, insbesondere wenn eine Reduzierung der erzeugten Heizleistung gewünscht ist, elektrisch von der Stromversorgung getrennt und auf diese Weise deaktiviert werden.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung sind im Luftkanal zwei Heizeinrichtungen nebeneinander angeordnet, so dass die ersten und zweiten Strangabschnitte der beiden Heizeinrichtungen insgesamt vier verschiedenen Kanalzonen zugeordnet sind. Dies ermöglicht es, im Fahrzeuginnenraum vier verschiedene Innenraumzonen individuell zu beheizen und mit einer individuellen Heizleistung zu versorgen. Prinzipiell ist es möglich, in anderen Weiterbildungen der Erfindung eine andere Anzahl von Heizeinrichtungen, insbesondere drei oder mehr Heizeinrichtungen, nebeneinander anzuordnen, um auf diese Weise eine grundsätzlich beliebige Anzahl von verschiedenen Innenraumzonen individuell zu beheizen bzw. mit einer individuellen Heizleistung zu versorgen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeuginnenraum, welcher zumindest eine erste und eine zweite Innenraumzone aufweist. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug eine vorangehend vorgestellte Anordnung mit einem Luftkanal und zumindest einer Heizeinrichtung. Die voranstehend erläuterten Vorteile der Anordnung übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Der Luftkanal der Anordnung und der Fahrzeuginnenraum des Kraftfahrzeugs sind dabei derart aufeinander abgestimmt, dass die durch die erste Kanalzone strömende Luft im Wesentlichen in die erste Innenraumzone gelangt und die durch die zweite Kanalzone strömende Luft im Wesentlichen in die zweite Innenraumzone gelangt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kraftfahrzeugs umfasst die erste Innenraumzone im Fahrzeuginnenraum einen Sitzbereich für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs. Weiterhin umfasst die zweite Innenraumzone im Fahrzeuginnenraum einen Sitzbereich für einen Beifahrer des Kraftfahrzeugs.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung,
- 2 eine Weiterbildung des Beispiels der 1.
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1 zeigt in stark vereinfachter Darstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Beheizen eines Fahrzeuginnenraums (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs. Die Anordnung 10 umfasst einen sich entlang einer Erstreckungsrichtung ER erstreckenden und von einem Kanalgehäuse 2 begrenzten Luftkanal 3 zum Durchströmen mit Luft L. Die 1 zeigt den Luftkanal 3 in einem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung ER. Demnach ist der Luftkanal 3 in dem Querschnitt in eine erste Kanalzone 4a, über welche die Luft L in einen erste Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums einleitbar ist, und in eine zweite Kanalzone 4b unterteilt, über welche die Luft L in eine zweite Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums einleitbar ist.
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Mit anderen Worten, durch geeignete Ausbildung des Luftkanals 3 wird Luft L, welche entlang der Erstreckungsrichtung ER die erste Kanalzone 4a passiert, anschließend in die erste Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums geleitet. Entsprechend wird Luft L, welche entlang der Erstreckungsrichtung ER die zweite Kanalzone 4b passiert, durch geeignete Ausbildung des Luftkanals 3 in die zweite Innenraumzone geleitet. Denkbar ist es, hierfür am Luftkanal 3 an geeigneter Stelle einen Abzweig vorzusehen, von welchem ein erster Teilkanal in die erste Innenraumzone führt und ein zweiter Teilkanal in die zweite Innenraumzone führt (nicht gezeigt). Denkbar ist beispielsweise, dass die erste Innenraumzone im Fahrzeuginnenraum einen Sitzbereich für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs umfasst. Entsprechend kann die zweite Innenraumzone im Fahrzeuginnenraum einen Sitzbereich für einen Beifahrer des Kraftfahrzeugs umfassen.
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Die Luft L wird mittels einer Heizeinrichtung 1 der Anordnung 10 erwärmt, bevor sie in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet wird, wodurch der Fahrzeuginnenraum beheizt wird. Hierzu ist die Heizeinrichtung 1 im Luftkanal 3 angeordnet und umfasst eine Mehrzahl von sich im Luftkanal 3 quer sowie senkrecht zur Erstreckungsrichtung ER erstreckenden Heizsträngen 5. Jeder Heizstrang 5 weist dabei wenigstens ein elektrisches PTC-Heizelement 6 zum Erwärmen der Luft L beim Passieren der Heizstränge 5 auf. Jeder Heizstrang 5 ist ferner in einen ersten Strangabschnitt 7a, der in der ersten Kanalzone 4a angeordnet ist, und in einen zweiten Strangabschnitt 7b unterteilt, der in der zweiten Kanalzone 3b angeordnet ist. Der oben erwähnte Abzweig kann dabei insbesondere in einem Abschnitt des Luftkanals 3 vorgesehen sein, in welchem die Heizstränge 5 mit den PTC-Heizelementen 6 angeordnet sind. Die Heizstränge 5 der Heizeinrichtung 1 mit den PTC-Heizelementen 6 sind in einer Ebene Z senkrecht zur Erstreckungsrichtung ER angeordnet. Die Heizstränge 5 erstrecken sich entlang einer gemeinsamen Längsrichtung LR und sind bezüglich einer quer zur Längsrichtung verlaufenden Querrichtung QR im Abstand zueinander angeordnet. Somit kann die durch den Luftkanal 3 strömende Luft durch die zwischen jeweils zwei benachbarten Heizsträngen 5 gebildeten Zwischenräume 9 hindurchströmen.
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In dem in der 1 gezeigten Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung ER ist eine virtuelle Symmetrieachse T in Form einer Trenngeraden zu erkennen, welche den Kanalquerschnitt des Luftkanals 3 in zwei Kanalhälften 8a, 8b halbiert, welche wiederum die erste bzw. zweite Kanalzone 4a, 4b bilden. Wie 1 anschaulich belegt, ist in dem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung ER ist eine Querschnittsfläche der ersten Kanalzone 4a bzw. der ersten Kanalhälfte 8a gleich groß wie eine Querschnittsfläche der zweiten Kanalzone 4b bzw. der zweiten Kanalhälfte 8b.
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Wie 1 erkennen lässt, ist eine Anzahl n1 aller in den ersten Strangabschnitten 7a angeordneten elektrischen PTC-Heizelemente 6 verschieden von einer Anzahl n2 aller in den zweiten Strangabschnitten angeordneten elektrischen PTC-Heizelementen 6.
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Wie 1 ferner erkennen lässt, kann in den ersten Strangabschnitten 7a eines jeweiligen Heizstrangs 5 eine andere Anzahl an elektrischen PTC-Heizelementen 6 angeordnet sein als in dessen zweitem Strangabschnitt 7b. Im Beispielszenario der 1 sind im ersten Strangabschnitt 7a eines jeweiligen Heizstrangs 5 drei PTC-Heizelemente 6 angeordnet, wohingegen im zweiten Strangabschnitt 7b desselben Heizstrangs 5 nur ein einziges PTC-Heizelement 6 angeordnet ist, oder umgekehrt. Denkbar ist es außerdem, in einem oder in mehreren Heizsträngen 5 im ersten oder im zweiten Strangabschnitt 7a, 7b auf die Bereitstellung eines elektrischen PTC-Heizelements 6 zu verzichten (nicht gezeigt).
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Zweckmäßig sind die elektrischen PTC-Heizelemente 6 als Gleichteile ausgebildet. Dies bedeutet, dass alle PTC-Heizelementen 6 dieselbe Heizleistung erzeugen, wenn sie von einer elektrischen Stromversorgung dieselbe elektrische Leistung beziehen. Im Betrieb der Heizeinrichtung 1 sind alle elektrischen PTC-Heizelemente 6 an eine solche, in 1 nicht näher dargestellte elektrische Stromversorgung angeschlossen. Die elektrische Verdrahtung der PTC-Heizelementen 6 mit der elektrischen Stromversorgung ist dabei derart realisiert, dass im Betrieb der Heizeinrichtung 1 alle elektrischen PTC-Heizelemente 6 von der elektrischen Stromversorgung dieselbe elektrische Heizleistung beziehen. Da die PTC-Heizelemente 6 als Gleichteile ausgebildet sind und in der ersten Kanalzone 4a eine andere Anzahl an PTC-Heizelementen 6 angeordnet ist als in der zweiten Kanalzone 4b, erzeugen alle in der ersten Kanalzone 4a angeordneten elektrischen PTC-Heizelemente 6 zusammen eine erste elektrische Gesamt-Heizleistung P1, die von einer zweiten elektrischen Gesamt-Heizleistung P2 verschieden ist, welche von allen in der zweiten Kanalzone 4b angeordneten PTC-Heizelementen 6 erzeugt wird.
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Die einzelnen Heizstränge 5 können jeweils mittels eines Halbleiterschalters (nicht gezeigt), beispielsweise in Form eines Leistungstransistors, elektrisch mit der elektrischen Stromversorgung verbunden sein, so dass diese elektrisch von der Stromversorgung getrennt werden können.
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2 zeigt eine Weiterbildung der Anordnung 10 der 1. Bei der Anordnung 10' sind im Luftkanal 3' zwei Heizeinrichtungen 1a', 1b' entlang der Querrichtung QR' nebeneinander angeordnet, so dass die Heizstränge 5' der beiden Heizeinrichtungen 1a', 1b' insgesamt vier verschiedenen Kanalzonen 4a', 4b', 4c', 4d'zugeordnet sind. Die beiden gegenüber 1 zusätzlichen Kanalabschnitte 4c', 4d' können einer dritten sowie vierten Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums zugeordnet sein. Denkbar ist beispielsweise, dass die dritte Innenraumzone im Fahrzeuginnenraum einen Sitzbereich für einen Mitfahrer im linken Fondbereich des Kraftfahrzeugs umfasst. Entsprechend kann die vierte Innenraumzone im Fahrzeuginnenraum einen Sitzbereich für einen Mitfahrer im rechten Fondbereich des Kraftfahrzeugs umfassen.
