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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 möglichst homogene Heizleistung zuzuführen.
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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 umfasst in einem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine erste Kanalzone, über welche die Luft in einen erste Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums einleitbar ist, und eine zweite Kanalzone, über welche die Luft in eine zweite Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums einleitbar ist. Weiterhin umfasst die Anordnung wenigstens eine im Luftkanal angeordnete Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung umfasst eine Mehrzahl von sich im Luftkanal entlang einer Längsrichtung und senkrecht zur Erstreckungsrichtung erstreckenden Heizsträngen, die elektrische PTC-Heizelemente aufweisen und entlang einer Stapelrichtung senkrecht zur Längs- und Erstreckungsrichtung benachbart zueinander angeordnet sind. Dabei 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 weisen zwei in Stapelrichtung benachbarte erste Strangabschnitte eine unterschiedliche Anzahl von PTC-Heizelement-Heizelementen auf. Ebenso weisen jeweils zwei in Stapelrichtung benachbarte zweite Strangabschnitte eine unterschiedliche Anzahl von PTC-Heizelementen auf. Auf diese Weise kann die Gesamtzahl an benötigten PTC-Heizelementen gering gehalten werden, so dass der Druckverlust in der die PTC-Heizelemente passierenden Luft gering gehalten werden kann. Außerdem ergeben sich Kostenvorteile bei der Herstellung der Heizeinrichtung. Im Ergebnis lässt sich auf diese Weise in verschiedenen Innenraumzonen des Kraftfahrzeugs auf einfache Weise und somit kostengünstig eine besonders homogene Heizleistung durch erwärmte Luft bereitgestellt werden.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist entlang der Stapelrichtung ein erster Strangabschnitt erster Art, der eine erste Anzahl an PTC-Heizelementen aufweist, benachbart zu einem ersten Strangabschnitt zweiter Art angeordnet, der eine von der ersten Anzahl verschiedene, zweite Anzahl an PTC-Heizelementen aufweist, ist. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Ausführungsform entlang der Stapelrichtung ein zweiter Strangabschnitt zweiter Art, der eine erste Anzahl an PTC-Heizelementen aufweist, benachbart zu einem zweiten Strangabschnitt angeordnet, der eine von der ersten Anzahl verschiedene zweite Anzahl an PTC-Heizelementen aufweist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wechseln sich entlang der Stapelrichtung erste Strangabschnitte erster Art und erste Strangabschnitte zweiter Art ab. Alternativ oder zusätzlich wechseln sich bei dieser Weiterbildung entlang der Stapelrichtung zweite Strangabschnitte erster Art und zweite Strangabschnitte zweiter Art ab.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Anzahl aller in den ersten Strangabschnitten angeordneten elektrischen PTC-Heizelemente identisch zur Anzahl aller in den zweiten Strangabschnitten angeordneten elektrischen PTC-Heizelemente. :
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Besonders zweckmäßig ist die Anzahl aller in den ersten Heizsträngen erster Art vorhandener PTC-Heizelemente gleich der Anzahl aller in den ersten Heizsträngen zweiter Art vorhandener PTC-Heizelemente. Alternativ oder zusätzlich ist bei dieser Variante die Anzahl aller in den zweiten Heizsträngen erster Art vorhandenen PTC-Heizelemente gleich der Anzahl aller in den ersten Heizsträngen zweiter Art vorhandener PTC-Heizelemente.
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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 Variante ist mit besonders geringen Herstellungskosten verbunden.
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Besonders zweckmäßig sind die Heizstränge mit den PTC-Heizelementen in einer Ebene senkrecht zur Erstreckungsrichtung angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die PTC-Heizelement-Heizelemente senkrecht zur Hauptströmungsrichtung der Luft im Luftkanal durchströmt werden. Der durch die Heizstränge erzeugte Druckabfall ist somit besonders gering.
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Besonders bevorzugt ist in dem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine Querschnittsfläche der ersten Kanalzone gleich groß wie eine Querschnittsfläche der zweiten Kanalzone.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist in dem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung eine Symmetrieachse vorhanden, welche den Kanalquerschnitt des Luftkanals in zwei achsensymmetrisch zueinander angeordnete Kanalhälften halbiert, welche die erste und zweite Kanalzone ausbilden.
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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 durch die zwischen zwei benachbarten Heizsträngen jeweils gebildeten Zwischenräume hindurchtreten.
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Besonders bevorzugt sind die PTC-Heizelemente als Gleichteile ausgebildet. Indem Gleichteile verwendet werden, können die gewünschten unterschiedlichen Heizleistungen in den beiden Kanalzonen auf einfache Weise durch geeignete Anpassung der Anzahl in den beiden Kanalzonen angeordneten PTC-Heizelemente realisiert werden. Dieser Ausführungsform ist folglich mit besonders geringen Herstellungskosten verbunden.
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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 erzeugt wird. Diese erste elektrische Gesamt-Heizleistung ist mit einer zweiten elektrischen Gesamt-Heizleistung identisch, die von allen in der zweiten Kanalzone angeordneten PTC-Heizelementen erzeugt 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 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 Innenraum Zonen individuell zu beheizen und mit einer individuellen, insbesondere unterschiedlichen Heizleistung zu versorgen. Prinzipiell ist es möglich, in weiteren Weiterbildungen 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 eine erste und eine zweite Innenraumzone aufweist. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug eine vorangehend vorgestellte Anordnung mit einem Luftkanal und mit zumindest einer Heizeinrichtung. Die voranstehend erläuterten Vorteile der erfindungsgemäßen 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 umfasst die erste Innenraumzone im Fahrzeuginnenraum einen Sitzbereich für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs. Entsprechend 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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Die einzige 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 Luft L wird mittels der Heizeinrichtung 1 erwärmt, bevor sie in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet wird, wodurch der Fahrzeuginnenraum beheizt wird.
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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 eingeleitet werden kann ist, und in eine zweite Kanalzone 4b unterteilt, über welche die Luft L in eine zweite Innenraumzone des Fahrzeuginnenraums eingeleitet werden kann.
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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 wirdiLuft 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 außerdem, 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 Anordnung 10 umfasst ferner eine im Luftkanal 3 angeordnete Heizeinrichtung 1 mit einer Mehrzahl von sich im Luftkanal 3 erstreckenden Heizsträngen 5. Die Heizstränge 5 erstrecken sich entlang einer Längsrichtung LR, die senkrecht zur Erstreckungsrichtung ER verläuft. Die Heizstränge 5, sind außerdem entlang einer Stapelrichtung SR senkrecht zur Längs- und Erstreckungsrichtung SR, LR benachbart und im Abstand zueinander angeordnet. Durch die Stapelrichtung SR ist eine Querrichtung QR der Heizstränge 5, die senkrecht zur Längsrichtung LR verläuft, definiert. Jeder Heizstrang 5 weist dabei wenigstens ein elektrisches PTC-Heizelement 6 zum Erwärmen der Luft L beim Passieren des Heizstrangs 5 auf. Jeder Heizstrang 5 ist in einen ersten Strangabschnitt 7a, der in der ersten Kanalzone 4a angeordnet, und in einen zweiten Strangabschnitt 7b unterteilt, der in der zweiten Kanalzone 4b angeordnet ist. Besagter Abzweig kann dabei insbesondere in einem Abschnitt des Luftkanals 3 vorgesehen sein, in welchem die Heizstränge 5 mit den PTC-Heizelementen 6 angeordnet sind.
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Zweckmäßig sind die elektrischen PTC-Heizelemente 6 als Gleichteile ausgebildet. Dies bedeutet IB, dass alle PTC-Heizelementen 6 dieselbe Heizleistung erzeugen, wenn sie von einer elektrischen Stromversorgung jeweils dieselbe elektrische Leistung beziehen.
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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 LR verlaufenden Querrichtung QR im Abstand zueinander angeordnet. Somit kann die durch den Luftkanal 3 strömende Luft L durch die zwischen 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 Trennlinie T in Form einer Trenngeraden zu erkennen, welche den Kanalquerschnitt des Luftkanals 3 in zwei Kanalhälften 8a, 8b halbiert, welche die erste und zweite Kanalzone 4a, 4b ausbilden. Die beiden Kanalhälften 8a, 8b sind achsensymmetrisch ausgebildet und zueinander angeordnet, wobei die Trennlinie T die Symmetrieachse definiert.
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Wie 1 außerdem belegt, ist in dem Querschnitt senkrecht zur Erstreckungsrichtung ER 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 weiterhin erkennen lässt, sind die ersten Strangabschnitte 7a entweder als erste Strangabschnitten erster Art 7a.1 und ersten Strangabschnitten zweiter Art 7a.2 realisiert. Die ersten Strangabschnitte erster Art 7a.1 unterscheiden sich von jenen zweiter Art 7a.2 in der Anzahl an PTC-Heizelementen 6, die im ersten Strangabschnitt erster bzw. zweiter Art 7a.1, 7a.2 angeordnet sind.
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In analoger Weise sind die zweiten Strangabschnitte 7b entweder als zweite Strangabschnitte erster Art 7b.1 oder als zweite Strangabschnitten zweiter Art 7b.2 realisiert. Die zweiten Strangabschnitte erster Art 7b.1 unterscheiden sich von jenen zweiter Art 7b.2 in der Anzahl an PTC-Heizelementen 6, die im zweiten Strangabschnitt erster bzw. zweiter Art 7b.1, i7b.2 angeordnet sind.
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Entsprechend 1 ist entlang der Stapelrichtung SR jeweils ein erster Strangabschnitt 7a.1 erster Art, der eine erste Anzahl a1 an PTC-Heizelementen 6 aufweist, benachbart zu einem ersten Strangabschnitt zweiter Art 7a.2 angeordnet, der eine von der ersten Anzahl a1 verschiedene, zweite Anzahl a2 an PTC-Heizelementen 6 aufweist. Im Beispiel der 1 gilt a1 = 3 und a2 = 1. Ebenso ist entlang der Stapelrichtung SR ein zweiter Strangabschnitt erster Art 7b.1, der eine erste Anzahl b1 an PTC-Heizelementen 6 aufweist, benachbart zu einem zweiten Strangabschnitt 7b.2 zweiter Art angeordnet, der eine von der ersten Anzahl b1 verschiedene zweite Anzahl b2 an PTC-Heizelementen 6 aufweist. Im Beispiel der 1 gilt b1 = 1 und b2 = 3. Somit weisen jeweils zwei in Stapelrichtung SR benachbarte erste Strangabschnitte 7a.1, 7a.2 eine unterschiedliche Anzahl a1, a2 von PTC-Heizelemente 6 auf. Ebenso weisen jeweils zwei in Stapelrichtung SR benachbarte zweite Strangabschnitte 7b.1, 7b.2 eine unterschiedliche Anzahl b1, b2 von PTC-Heizelementen 6 auf.
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Im Beispielszenario der 1 wechseln sich entlang der Stapelrichtung SR erste Strangabschnitte erster Art 7a.1 und erste Strangabschnitte zweiter Art 7a.2 ab. Ebenso wechseln sich entlang der Stapelrichtung SR zweite Strangabschnitte erster Art 7b.1 und zweite Strangabschnitte zweiter Art 7b.2 ab.
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Entsprechend 1 kann die Anzahl aller in den ersten und zweiten Strangabschnitten erster Art 7a.1, 7b.1 vorhandener PTC-Heizelemente 6 gleich der Anzahl aller in den ersten und zweiten Strangabschnitten zweiter Art 7a.2, 7b.2 vorhandener PTC-Heizelemente 6 sein. Gemäß 1 ist eine Anzahl n1 aller in den ersten Strangabschnitten erster und zweiter Art 7a.1, 7a.2 angeordneter elektrischer PTC-Heizelemente 6 identisch zu einer Anzahl n2 aller in den zweiten Strangabschnitten erster und zweiter Art 7b.1, 7b.2 angeordneten elektrischen PTC-Heizelementen 6. Ferner ist im Beispielszenario ist in einem ersten Strangabschnitt erster Art 7a.1 eines jeweiligen Heizstrangs 5 eine andere Anzahl an elektrischen PTC-Heizelementen 6 angeordnet als in dessen zweitem Strangabschnitt 7b.1. Ebenso ist in einem ersten Strangabschnitt zweiter Art 7a.2 eines jeweiligen Heizstrangs 5 eine andere Anzahl an elektrischen PTC-Heizelementen 6 angeordnet als in dessen zweitem Strangabschnitt 7b.2.
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Optional kann in einem oder in mehreren Heizsträngen 5 in dessen/deren ersten oder im zweiten Strangabschnitt erster bzw. zweiter Art 7a.1, 7b.1, 7a.2, 7b.2 auf die Anordnung eines elektrischen PTC-Heizelements 6 verzichtet sein (nicht gezeigt).
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Im Betrieb der Heizeinrichtung 1 sind alle elektrischen PTC-Heizelemente 6 an eine 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 PTC-Heizelemente 6 von der elektrischen Stromversorgung dieselbe Heizleistung beziehen. Da die PTC-Heizelemente 6 als Gleichteile ausgebildet sind und in der ersten Kanalzone 4a dieselbe Anzahl an PTC-Heizelementen 6 angeordnet wie in der zweiten Kanalzone 4b, erzeugen alle in der ersten Kanalzone angeordneten elektrischen PTC-Heizelemente zusammen eine erste elektrische Gesamt-Heizleistung P1, die zu einer zweiten elektrischen Gesamt-Heizleistung P2 identisch ist, die von allen in der zweiten Kanalzone angeordneten PTC-Heizelementen erzeugt wird. Somit werden beide Innenraumzonen mit derselben Heizleistung versorgt.
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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.
