DE19706199A1 - Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung, insbeson­ dere für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Beheizung des Fahrzeuginnenraums bei Kraftfahrzeugen erfolgt üb­ licherweise mittels des Kühlwassers des Antriebsaggregates, so daß die in der Brennkraftmaschine entstehende Wärme bedarfsweise an die in den Fahrzeuginnenraum strömende Luft abgegeben wird. Diese Wärme steht jedoch erst nach einer bestimmten Betriebsdauer zur Verfügung, so daß insbesondere in der kalten Jahreszeit das Wirksamwerden der Heizung als unzureichend empfunden wird. Auch durch die Entwicklung neuer Motoren, in denen weniger Wärmeenergie anfällt und über das Kühlwasser abgeführt wird, steht zur Fahrzeugheizung eine geringere Wärmeenergie zur Verfügung, die bei extrem niedrigen Außentemperatu­ ren keineswegs zur Fahrzeugheizung ausreicht und die auch bei norma­ lem Heizungsbedarf erst bei erheblicher zeitlicher Verzögerung zu behaglichen Innenraumtemperaturen führt.

Aus den vorstehenden Gründen wurden bereits Zusatzheizungen vorge­ schlagen, die in den Luftführungskanal eingesetzt werden und die Wärme an die in den Fahrzeuginnenraum strömende Luft abgeben. Die Anordnung einer Zusatzheizung zwischen einem Wärmetauscher einer Fahrzeugheizungsanlage und der Fahrzeugkabine ist beispielsweise in dem Aufsatz von Burk, Krauss, Dr. Löhle "Integrales Klimasystem für Elektroautomobile", ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, 11/1992, beschrieben.

Aus der EP-P 0 350 528 ist ein Radiator bekannt, der mehrere paral­ lel angeordnete Heizelemente umfaßt, die zu einem Block zusammenge­ setzt und in einem Rahmen befestigt sind. Zwischen jeweils zwei Ble­ chen sind PTC-Elemente gehalten und auf der jeweils anderen Seite der Bleche befindet sich eine mit diesen in wärmeleitender Verbin­ dung stehende Wellrippe. Der Block ist gehalten in einem Halterah­ men, der aus parallel zu den Heizelementen angeordneten äußeren Schienen besteht, die endseitig in Holme eingesteckt sind. Die ein­ zelnen äußeren Schienen und Holme sind zur Bildung des Halterahmens miteinander verbunden. Zur Herstellung eines Wärmekontakts zwischen den Heizelementen und den Wellrippen ist zwischen dem Block und den äußeren Schienen ein längliches, gewelltes Federband angeordnet, das sich an der Schiene abstützt und gegen den Block drückt. Nachteilig an dieser bekannten Heizeinrichtung ist, daß der Halterahmen aus vier einzelnen Elementen besteht, die bei der Herstellung zusammen­ gefügt und miteinander verbunden werden müssen. Dadurch ergibt sich ein hoher Montageaufwand. Darüberhinaus besteht der Halterahmen aus Metall, so daß dieser elektrisch und thermisch isoliert werden muß.

Aus der DE 44 34 613 A1 ist eine gattungsgemäße Heizeinrichtung be­ kannt, deren Rahmen zwecks elektrischer und thermischer Isolation aus Kunststoff besteht. In einem Ausführungsbeispiel weist der Rah­ men zwei lösbar miteinander verbundene Rahmenteile auf, von denen mindestens eines der Rahmenteile Mittel zum Spannen des Blockes auf­ weist. Die Mittel sind als gegeneinander verschiebbare Keile ausge­ führt, die beim Zusammenfügen der Rahmenteile den aus den Heizele­ menten und Wellenrippen bestehenden Block spannen. Diese Heizein­ richtung hat den Nachteil, daß der Block nur geringe Toleranzen in der Größe aufweisen darf, damit der Block durch die Keile noch ge­ spannt werden kann. Da der Block aus einer Vielzahl von Heizelemen­ ten, die wiederum aus Blechen und PTC-Elementen gebildet sind und aus Wellenrippen mit unterschiedlicher Wellenrippenhöhe zusammenge­ setzt ist, addieren sich die Abweichungen von den mittleren Abmessungen der einzelnen Elemente, so daß der Block in seiner Breite eine große Toleranz aufweist und es vorkommen kann, daß er nicht mehr korrekt gespannt werden kann. Dadurch können Fehler in den elektrischen und wärmeleitenden Kontakten auftreten, so daß die Heizeinrichtung nicht mehr korrekt arbeitet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte, elektrische Heizeinrichtung bereitzustellen, die einfach aufgebaut ist und eine schnelle und einfache Montage ermög­ licht, wobei trotz großer Toleranzen in der Breite des Blockes eine gute und gleichmäßige Verspannung der PTC-Elemente und Bleche ge­ währleistet sein muß, damit gute elektrische und wärmeleitende Kon­ takte zwischen den einzelnen Elementen vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße Heizeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7.

Erfindungsgemäß besteht der Rahmen aus thermoplastischem Material. Thermoplastisches Material kann relativ stabil ausgebildet werden, wobei es dennoch elastisch verformbar ist. Wenn die Mittel zum Span­ nen des Blockes durch die Längsschenkel, deren Innenseite im ent­ spannten Zustand eine leichte Konvexität aufweisen, gebildet sind, kann der Block in einfacher Weise zwischen die Längsschenkel eines Rahmenteils eingeklemmt werden und dann das andere Rahmenteil zur Bildung des vollständigen Rahmens mit dem ersten Rahmenteil ver­ bunden werden. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Heizeinrich­ tung einfach und schnell zusammensetzbar. Separate Mittel zum Span­ nen des Blockes sind nicht notwendig, wodurch weitere Einzelteile und Material eingespart werden. Der Block ist gleichmäßig zwischen den Längsschenkeln aufgrund deren elastischer Verformung verspannt.

Damit eine gleichmäßige Verspannung über die gesamte Seite des Bloc­ kes gewährleistet ist, sind die Längsschenkel derart bombiert, daß bei eingespanntem Block die elastische Verformung der Längsschenkel derart ist, daß die Außenseiten in etwa geradlinig verlaufen.

Um die gleichmäßige Verspannung weiter zu verbessern ist vorteilhaf­ terweise jeweils zwischen den Längsschenkeln und dem Block ein Stützprofil, bevorzugt ein T-Profil, vorgesehen.

Die Rahmenhälften sind vorteilhafterweise für den Fall einer späte­ ren Demontierbarkeit lösbar miteinander verbunden, beispielsweise verschraubt oder verrastet.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung ist weiter vereinfacht, wenn gemäß Anspruch 6 die PTC-Elemente eines Heizele­ ments in einem Dichtprofil gehalten sind, das zur Aufnahme der Ble­ che randseitig Rastlippen aufweist. Dadurch können die einzelnen Heizelemente, die aus jeweils zwei Blechen, einzelnen PTC-Elementen und dem Dichtprofil gebildet sind, zur Vereinfachung der Montage der Heizeinrichtung vormontiert werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Lösung ist Gegenstand des Anspruchs 7. In dieser Ausführungsform der Erfindung liegt die Teilungsebene quer zu den Querschenkeln und quer zu der durch den Rahmen aufgespannten Ebene. Die Rahmenhälften sind über die Spannmittel verbindbar, so daß der Block zwischen die Rahmenhälften eingespannt ist. Neben den Vorteilen der guten und gleichmäßigen Verspannung der PTC-Elemente und Bleche sowie des einfachen Aufbaus und der einfachen Herstell­ barkeit, bietet diese Ausführungsform den besonderen Vorteil, daß der Block große Toleranzen in seiner Breite aufweisen kann. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Heizeinrichtung große Abmessun­ gen aufweist und der Block eine Vielzahl von Heizelementen und Well­ rippen umfaßt.

Die Spannmittel können beispielsweise eine Federklammer umfassen, deren Federkraft die Spannkraft bestimmt, mit der der Block einge­ spannt ist.

In einer alternativen Ausführung können die Spannmittel federunter­ stützte Schrauben umfassen, so daß dann die Spannkraft über die Schrauben einstellbar ist und die Spannwirkung durch die Feder über die Lebensdauer erhalten bleibt. Damit keine elektrischen oder ther­ mischen Isolierungen vorgesehen sein müssen, besteht der Rahmen be­ vorzugt aus elektrisch nicht leitendem Material wie Kunststoff, Ke­ ramik oder dergleichen.

In sämtlichen Ausführungsformen der Erfindung ist es besonders vor­ teilhaft, wenn die Rahmenhälften - gemäß Anspruch 12 - identisch ausgebildet sind, denn dadurch ist der Herstellungsaufwand wesent­ lich vereinfacht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen un­ ter Bezugnahmen auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine aus mehreren Heizelementen, die in einem Rahmenteil eingelegt sind, gebildete Heizeinrich­ tung;

Fig. 2 ein einzelnes Heizelement in Explosionsdarstel­ lung;

Fig. 3 eine Vorderansicht aller Einzelteile des Heizele­ ments gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt eines Dichtungsprofils;

Fig. 5 eine Ansicht eines Rahmenteils;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie A-A aus Fig. 5;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 5;

Fig. 8 Ansichten eines Stützprofils;

Fig. 9 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Heizeinrich­ tung gemäß einer anderen Ausführungsform, wobei der Rahmen teilweise im Querschnitt dargestellt ist;

Fig. 10 und Fig. 11 Schnittdarstellungen einer Rahmenhälfte der Aus­ führungsform gemäß Fig. 9.

Eine in Fig. 1 dargestellte Heizvorrichtung 10 weist mehrere in ei­ nem Rahmen 12 aufgenommene Heizelemente 14 und zwischen den Heizele­ menten angeordnete Wellrippen 16, die zusammen einen Block 18 bil­ den, auf.

In den Fig. 2 bis 4 sind die einzelnen Elemente eines Heizelements 14 dargestellt. Das Heizelement 14 besteht aus zwei parallel verlau­ fenden Blechen 20, 22 zwischen denen mehrere PTC-Elemente 24 sich befinden. Die PTC-Elemente 24 sind gegen Verrutschen durch ein Dichtprofil 26 sicher gehalten. Das Dichtprofil 26 ist aus einem extrudierten Endlosprofil, bevorzugt aus Silikon bestehend, herge­ stellt, das auf die dem Heizelement 14 entsprechende Länge zuge­ schnitten ist und in das Durchbrechungen 28 eingestanzt sind, in denen die PTC-Elemente 24 positioniert und auf Abstand gehalten sind. Das Dichtprofil 26 weist an seinen Längsrändern Rastlippen 30, 32, 34, 36 auf (Fig. 4), die die Längsränder der Bleche 20, 22 um­ greifen, so daß das Heizelement 14 im zusammengesetzten Zustand durch die über die Rastlippen 30, 32, 34, 36 gehaltenen Bleche 20, 22 zusammenhält. Damit ein guter Kontakt und eine gute Wärmeleitung zwischen den Blechen 20, 22 und den PTC-Elementen 24 gegeben ist, ist das Dichtprofil im Stegbereich 41 mit Untermaß in der Dicke d zu den PTC-Elementen 24 ausgeführt. Die Dichtwirkung wird durch elasti­ sche Verformung der verdickten Stegbereiche 41', 41'' in Richtung der längsseitigen Einschnitte 38, 40 erreicht.

Jeweils eines der Bleche 20, 22 besitzt einen rechtwinklig abgeboge­ nen Abschnitt 21, so daß dieses Blech im wesentlichen eine L-form aufweist. Die Heizelemente 14 sind gemäß Fig. 1 derart in den Rahmen 12 eingelegt, daß die abgewinkelten Abschnitte 21 zu einer Seite der Heizeinrichtung 10 herausgeführt sind. Die Abschnitte 21 dienen der Stromzuführung für die PTC-Elemente 24. Die zwischen den Heizelemen­ ten 14 angeordneten Wellrippen 16 bestehen aus Aluminium und dienen als elektrische Leiter zwischen benachbarten Heizelementen, so daß jeweils zwei Heizelemente elektrisch in Serie geschaltet sind. Die Bleche 20, 22 sind entlang der Flächen, an denen die Wellrippen 16 anliegen, mit Vorsprüngen 42 versehen, die zur Sicherung der Lage der Wellrippen 16 zwischen den Heizelementen 14 dienen.

Der Rahmen 12 besteht aus parallel zu den Heizelementen 14 angeord­ nete Längsschenkeln 44, 46 und senkrecht dazu angeordneten Quer­ schenkeln 48, 50. Der Rahmen ist aus zwei Rahmenteilen zusammenge­ setzt, von denen eines in den Fig. 5 bis 7 mit der Bezugsnummer 52 dargestellt ist. Die Rahmenteile sind entlang einer umfangsmäßig um­ laufenden Teilungsebene voneinander trennbar, so daß jeder Schenkel 44, 46, 48, 50 des Rahmens 12 geteilt ist. Der Rahmen 12 mit seinen Rahmenteilen 52 besteht aus thermoplastischem Material. Die Längs­ schenkel 44, 46 weisen auf ihrer Innenseite 54 im entspannten Zu­ stand (Fig. 5) eine leichte Konvexität auf. Aufgrund dieser Konvexi­ tät ist der gegenseitige Abstand der Innenseiten 54 der Längsschen­ kel 44, 46 kleiner als die Breite des Blocks 18, so daß der in den Rahmen 12 bzw. das Rahmenteil 52 eingesetzte Block durch elastische Verformung der Längsschenkel 44, 46 zwischen diesen eingespannt ist.

Bevorzugt sind die Längsschenkel 44, 46 bombiert, so daß bei einge­ spanntem Block 18 die Außenseiten der Längsschenkel 44, 46 in etwa geradlinig verlaufen.

Die Längsschenkel 44, 46 weisen innenseitig jeweils einen Absatz 56 auf, auf dem der Block 18 beim Einsetzen in das Rahmenteil 52 auf­ ruht. Die Querschenkel 48, 50 weisen Aussparungen 58 für die Strom­ zuführungen über die abgewinkelten Blechabschnitte 21 auf. Zur Mate­ rialeinsparung und besseren Wärmeisolation weisen insbesondere die Längsschenkel 44, 46 Ausnehmungen 59 auf.

Um die Spannkraft der Längsschenkel 44, 46 auf den Block 18, die na­ turgemäß in der Mitte der Längsschenkel 44, 46 am größten ist, über die gesamte Länge der Längsschenkel 44, 46 besser zu verteilen, ist zwischen den Längsschenkeln 44, 46 und dem Block 18 ein Stützprofil 60, vorzugsweise ein T-Profil 60 (Fig. 8) vorgesehen, dessen Fuß 62 zwischen den Rahmenhälften 52 gehalten ist.

Die Rahmenhälften 52 sind vorzugsweise lösbar miteinander verbunden. Die Verbindung kann eine Rastverbindung oder - wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt - eine Schraubverbindung sein. Dazu sind in jeder Rah­ menhälfte 52 entsprechende Löcher 64, in die die Schrauben einge­ steckt und Löcher 66 in die die Schrauben eingeschraubt werden, vor­ gesehen. Die Rahmenhälften 52 sind identisch ausgebildet.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Ausführungsform gemäß den Fig. 9 bis 11. In dieser Alter­ native sind die Rahmenteile 152 entlang einer Teilungsebene trenn­ bar, die quer zu den Querschenkeln 148, 150 und quer zu der durch den Rahmen 112 aufgespannten Ebene liegt. Bevorzugt sind die Quer­ schenkel 148, 150 in etwa mittig jeweils in zwei Teilstücke 148', 148'' sowie 150', 150'' geteilt. In den Fig. 10 und 11 ist eines der Rahmenteile 152 separat und in Fig. 9 in zusammengebautem Zustand dargestellt. Die Rahmenteile 152 sind über Spannmittel 166 verbun­ den. Die Spannmittel 166 üben auf die Rahmenteile 152 eine Kraft aus, so daß der zwischen den Rahmenteilen 152 gehaltene Block 18 verspannt ist. Die Spannmittel 166 können beispielsweise durch Fe­ derklammern 168 gebildet sein, die sich an Stegen 170, 172 der Rah­ menteile 152 abstützen. Das Spannmittel 166 könnte auch durch feder­ unterstützte Schrauben gebildet sein, so daß dann die Spannkraft zum Verspannen des Blockes 18 über die Schrauben einstellbar ist und über die Lebensdauer erhalten bleibt.

Damit die Teilstücke 148', 148'' bzw. 150', 155'' nach Zusammenfügen der Rahmenteile 152 zu dem vollständigen Rahmen 112 miteinander fluchten, weist das Teilstück 148'' bzw. 150' eine Zunge 174 auf, die zwischen Querschenkelabschnitten 176 der komplementären Teil­ stücke 148' bzw. 150'' formschlüssig einpaßt.

Der Rahmen 112 besteht aus elektrisch nicht leitendem Material wie Kunststoff, beispielsweise ein Duroplast, Keramik oder dergleichen. Diese Materialien sind nicht nur elektrisch nicht leitend, sondern auch wärmeisolierend. Bevorzugt wird ein Duroplast eingesetzt, da dann die Rahmenteile 152 im Spritzgußverfahren herstellbar und im wesentlichen unelastisch sind, so daß dann die durch die Spannmittel 166 erzeugte Spannkraft zum Spannen des Blockes 18 optimal über den Rahmen 112 auf den Block 18 übertragen wird.

Auch die beiden Rahmenhälften 152 dieses Ausführungsbeispiels sind identisch zueinander ausgebildet.

Claims (12)

1. Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahr­ zeug mit mehreren zu einem Block (18) zusammengesetzten, parallel angeordneten Heizelementen (14), die aus zwei Blechen (20, 22) und zwischen diesen gehaltenen PTC-Elementen (24) ge­ bildet sind und Wellrippen (16), die an den Blechen (20, 22) in wärmeleitender Verbindung liegen, wobei der Block (18) in einem Rahmen (12) mit parallel zu den Heizelementen (14) ange­ ordneten Längsschenkeln (44, 46) und senkrecht dazu angeordne­ ten Querschenkeln (48, 50) gehalten ist und der Rahmen (12) aus zwei Rahmenteilen (52) besteht, die entlang einer umfangs­ mäßig umlaufenden Teilungsebene trennbar sind und mindestens eines der Rahmenteile (52) Mittel zum Spannen des Blockes (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (12) aus thermoplastischem Material besteht und die Mittel durch die Längsschenkel (44, 46) gebildet sind, deren Innenseiten (54) im entspannten Zustand eine leichte Konvexität aufweisen und die den Block (18) aufgrund ihrer Elastizität zwischen sich verspannen.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsschenkel (44, 46) derart bombiert sind, daß bei ein­ gespanntem Block (18) die Außenseiten der Längsschenkel (44, 46) in etwa geradlinig verlaufen.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß jeweils zwischen Längsschenkel (44, 46) und Block (18) ein Stützprofil (60) vorgesehen ist.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützprofil (60) ein T-Profil ist.

5. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rahmenhälften (52) lösbar mit­ einander verbunden sind, beispielsweise verschraubt oder verrastet.

6. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die PTC-Elemente (24) eines Heizele­ ments (14) in einem Dichtprofil (26) gehalten sind, das rand­ seitig Rastlippen (30, 32, 34, 36) zur Aufnahme der Bleche (20, 22) aufweist.

7. Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahr­ zeug mit mehreren zu einem Block (18) zusammengesetzten, parallel angeordneten Heizelementen (14), die aus zwei Blechen (20, 22) und zwischen diesen gehaltenen PTC-Elementen (24) ge­ bildet sind und Wellrippen (16), die an den Blechen (20, 22) in wärmeleitender Verbindung liegen, wobei der Block (18) in einem Rahmen (12) mit parallel zu den Heizelementen (14) ange­ ordneten Längsschenkeln (44, 46) und senkrecht dazu angeordne­ ten Querschenkeln (48, 50) gehalten ist und der Rahmen (12) aus zwei Rahmenteilen (52) besteht, die entlang einer Tei­ lungsebene trennbar sind und Mittel (166) zum Spannen des Blockes (18) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilungsebene quer zu den Querschenkeln (148, 150) und quer zu der durch den Rahmen (112) aufgespannten Ebene liegt und die Rahmenteile (152) über die Spannmittel (166) verbindbar sind.

8. Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschenkel (148, 150) in etwa mittig jeweils in zwei Teilstücke (148', 148'' bzw. 150', 152'') geteilt sind.

9. Heizeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannmittel (166) eine Federklammer (168) umfassen.

10. Heizeinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spannmittel (166) federunterstützte Schrauben um­ fassen.

11. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (112) aus elek­ trisch nicht leitendem Material, wie Kunststoff, Keramik oder dergleichen, besteht.

12. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Rahmenteile (52, 152) identisch zueinander ausgebildet sind.