DE19724734C2 - Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

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

Die Beheizung des Fahrzeuginnenraums bei Kraftfahrzeugen erfolgt übli­ cherweise 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 ins­ besondere in der kalten Jahreszeit das Wirksamwerden der Heizung als un­ zureichend 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 Verfü­ gung, die bei extrem niedrigen Außentemperaturen keineswegs zur Fahr­ zeugheizung ausreicht und die auch bei normalem Heizungsbedarf erst bei erheblicher zeitlicher Verzögerung zu behaglichen Innenraumtemperaturen führt.

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

Aus der DE 44 34 613 A1 ist eine gattungsgemäße Heizeinrichtung bekannt, die mehrere parallel angeordnete Heizelemente umfaßt, die zu einem Block zusammengesetzt und in einem Rahmen befestigt sind. Zwischen jeweils zwei der Halterung und Stromzuführung dienenden Blechen sind PTC- Elemente gehalten und auf der jeweils anderen Seite der Bleche befindet sich eine mit den Blechen in wärmeleitender Verbindung stehende Wellrip­ pe. Der Block ist gehalten in einem aus zwei lösbar miteinander verbunde­ nen Rahmenteilen gebildeten Halterahmen, der zwecks elektrischer und thermischer Isolation aus Kunststoff besteht.

Diese Heizeinrichtung hat den Nachteil, daß der Block korrekt verspannt sein muß, damit keine Fehler in den elektrischen und wärmeleitenden Kon­ takten zwischen den PTC-Elementen, den Blechen und den Wellrippen auf­ treten. Es müssen deshalb spezielle Spannmittel vorgesehen sein. Darüber­ hinaus besteht die bekannte Heizeinrichtung aus einer Vielzahl von zusam­ menzusetzenden Teilen. Insgesamt ergibt sich deshalb ein sehr hoher Montageaufwand bei der Herstellung, die somit entprechend kostenungün­ stig ist. Zur Verspannung des Blockes muß der Rahmen ausreichenden Fe­ stigkeitsanforderungen genügen, so daß ausschließlich höherwertige und damit teurere Kunststoffe eingesetzt werden können. Auch ist eine ausrei­ chende Dauerstandfestigkeit nicht gewährleistet.

Weiter nachteilig ist, daß die PTC-Elemente relativ kostenungünstig und darüberhinaus empfindlich gegenüber Feuchtigkeit sind, so daß zum Schutz der PTC-Elemente ein spezielles Dichtprofil vorgesehen ist, was den Monta­ geaufwand und die Kosten weiter erhöht.

Aus der US 4,162,395 ist eine weitere Heizeinrichtung bekannt, bei der ein­ zelne PTC-Heizelemente an ihren Ecken mit L-förmigen Trägern gehalten sind und die Träger jeweils U-förmige Ausschnitte zur Aufnahme der Stirn­ seiten der einzelnen Heizelemente aufweisen.

Aus der DE 25 31 693 A1 ist ein Haartrockner bekannt, bei dem ein Wider­ standsheizdraht auf zwei Isolierplatten aufgewickelt ist, die von Blechstreifen gehalten sind, wobei die Blechstreifen zum Halten je einen U-förmigen Um­ bug aufweisen.

Aus der EP 0 368 206 A2 ist ein PTC-Elemente aufweisender Heizkörper be­ kannt, bei dem zwischen Heizelementen, die aus den PTC-Elementen und zugehörigen Elektrodenblechen bestehen, Wellrippen angeordnet sind und die Wellrippen mit den Elektrodenblechen verlötet sind.

Aus der DE 42 25 990 C1 ist ein Verfahren zur Verbindung eines PTC- Elementes mit Wärmeableitelementen bekannt, bei dem eine Kombination eines elektrisch leitenden und eines nicht leitenden Klebers eingesetzt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte, elektrische Heizeinrichtung bereitzustellen, die insbeson­ dere einfach aufgebaut ist, eine einfache Kontaktierung der PTC-Elemente ermöglicht und kostengünstiger ist.

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

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen, elektrischen Heizeinrichtung ist, daß sie baukastenartig aufbaubar ist, in dem die Heizelemente in den U- förmigen Aufnahmen zwischen den Blechen gehalten sind. Durch diesen einfachen Aufbau kann die erfindungsgemäße Heizeinrichtung mit Vorteil in einem automatisierten Herstellungsverfahren montiert werden. Wenn die Heizelemente erfindungsgemäß als an sich bekannte Silizium-Heizelemente ausgebildet sind, ist es für die notwendige Stromzuführung zu den Heizele­ menten ausreichend, wenn diese stirnseitig in die U-förmigen Aufnahmen der Bleche eingebracht sind, so daß die Aufnahmen gleichzeitig Steckkon­ takte bilden. Die Silizium-Heizelemente, wie sie z. B. aus der WO 91/10336 bekannt sind, sind unempfindlich gegen Feuchtigkeit, so daß auf ein zusätz­ liches Dichtprofil verzichtet werden kann. Die aus der WO 91/10336 be­ kannten Heizelemente bestehen aus einer auf einen wärmeleitenden Träger aufgebrachten amorphen oder polykristallinen Siliziumschicht, die P- oder N- dotiert ist, wobei der Heizwiderstand der Siliziumschicht durch die Dotierung exakt den Erfordernissen angepasst werden kann. Deshalb kann die Tempe­ ratur der Heizelemente exakt über den Strom bestimmt werden, so daß Temperatursensoren nicht erforderlich sind. Weiter vorteilhaft ist, daß die Silizium-Heizelemente kleiner sind als PTC-Heizelemente vergleichbarer Leistung, so daß insgesamt die erfindungsgemäße Heizeinrichtung weniger Bauraum beansprucht.

Dabei sind die U-förmigen Aufnahmen in einfachster Weise durch Faltungen des jeweiligen Bleches gebildet, was eine kostengünstige Montage ermög­ licht. Die Bleche sind bevorzugt aus Messingbänder gebildet.

Da die Silizium-Heizelemente eigene elektrische Kontakte aufweisen, ist es ausreichend, wenn die Heizelemente in einfacher Weise in die U-förmigen Aufnahmen eingesteckt sind.

Zur Verbesserung der Wärmeübertragung von der elektrischen Heizeinrich­ tung auf die durch die Heizeinrichtung strömende Luft ist zwischen zwei par­ allel verlaufenden Heizelementen eine Wellrippe vorgesehen, wobei die Wellrippe mit der unbeschichteten Seite des temperaturleitfähigen Trägers des Silizium-Heizelements verbunden ist.

Die Wellrippe ist bevorzugt mit den Heizelementen verklebt oder verlötet, um eine gute Wärmeleitung zwischen den Heizelementen und der Wellrippe zu gewährleisten.

Zur Verbesserung der Stabilität der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung sind benachbarte Bleche miteinander verlötet.

Der durch die Heizelemente und den Blechen gebildete Block ist bevorzugt in einem Rahmen gehalten. Dadurch ist die elektrische Heizeinrichtung bes­ ser handhabbar und kann elektrisch isoliert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung von der Luftanströmseite gesehen,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Eine in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße, elektrische Heizein­ richtung 10 weist mehrere, zu einem Block 12 zusammengesetzte, flächige Heizelemente 14 und 14' auf, die jeweils zwischen zwei parallel verlaufen­ den Blechen 16 und 17, 18 und 19, 20 und 22 gehalten sind. Dazu weisen die Bleche 16 bis 22 U-förmige Aufnahmen 24 auf, die bevorzugt durch Fal­ tungen 26 des jeweiligen Bleches gebildet sind. Die Heizelemente 14, 14' sind bevorzugt in die U-förmigen Aufnahmen 24 eingesteckt und dadurch gehalten. Sie können auch zusätzlich mit den Blechen 16 bis 22 in der Auf­ nahme 24 verlötet werden.

Die Bleche 16 bis 22 sind bevorzugt durch Messingbänder gebildet, wobei benachbarte Bleche 17 und 18 sowie 19 und 20, die gewissermaßen "Rücken an Rücken" angeordnet sind, miteinander verlötet sind.

Die flächigen Heizelemente 14, 14' haben in der Draufsicht bevorzugt Rechteckform und sind in der Zeichnung nur in der Seitenansicht dargestellt. Die Heizelemente 14, 14' sind als Silizium-Heizelemente ausgebildet, wie sie aus der WO 91/10336 bekannt und dort im einzelnen beschrieben sind. Sie weisen ein wärmeleitfähiges Trägermaterial 28 auf, das auf seiner einen Seite 30 mit einer Schicht aus P- oder N-dotiertem Silizium beschichtet ist. Diese amorphe oder polykristalline Silizium-Schicht kann über elektrische Kontakte 32 elektrisch kontaktiert werden. Bei einem Stromfluß durch die Silizium-Schicht wird das Heizelement 14, 14' aufgeheizt, wobei die Tempe­ ratur in einem direkten Zusammenhang mit dem elektrischen Strom und der Dotierung der Silizium-Schicht steht.

Über die Bleche 16 bis 22 wird den Heizelementen 14, 14' Strom zugeführt, in dem die an den Stirnseiten vorgesehenen elektrischen Kontakte 32 durch Einstecken der Heizelemente 14, 14' in die U-förmigen Aufnahme 24 mit den Blechen 16 bis 22 in Kontakt kommen. Benachbarte Heizelemente 14 und 14' sind, wie in Fig. 2 dargestellt, mit jeweils den gleichen Seiten, nämlich entweder den beschichteten Seiten 30 oder den unbeschichteten Seiten 31 des Trägermaterials 28, einander zugeordnet, so daß in Längsrichtung der Bleche 16 bis 22 gesehen jedes zweite Heizelement 14 bzw. 14' in der glei­ chen Orientierung in die elektrische Heizeinrichtung 10 eingebaut ist. Zwi­ schen benachbarten Heizelementen 14 und 14', deren unbeschichtete Sei­ ten 31 somit einander zugeordnet sind, wie in Fig. 2 dargestellt, ist eine Wellrippe 34 vorgesehen, die bevorzugt mit den Heizelementen 14 und 14' verklebt oder verlötet ist.

In einer weiteren, nicht dargestellten, Ausführungsform der Erfindung, weist die erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung keine Wellrippen auf. Dann können die Heizelemente 14 und 14' beliebig orientiert sein und sind bevorzugt eng benachbart angeordnet, so daß die durch die Heizeinrichtung hindurchströmende Luft effektiv erwärmt wird.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird über die Bleche 16, 19 und 20 einerseits und über die Bleche 17, 18 und 22 anderer­ seits den Heizelementen Strom zugeführt.

Bevorzugt ist der durch die Heizelemente 14, 14', die Bleche 16 bis 22 und die Wellrippen 34 gebildete Block 12 in einem nicht dargestellten Rahmen gehalten. Der Rahmen kann zur elektrischen Isolation des Blockes 12 aus isolierendem Material, beispielsweise Kunststoff, bestehen.

Claims (6)

1. Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit mehreren zu einem Block (12) zusammengesetzten, flächigen und an den Stirnseiten mit elektrischen Kontakten versehenen Heiz­ elementen (14, 14'), die jeweils zwischen zwei parallel verlaufenden Blechen (16 und 17, 18 und 19, 20 und 22) gehalten sind, wobei die Bleche (16 bis 22) U-förmige Aufnahmen (24) aufweisen, in denen die Heizelemente (14, 14') jeweils mit ihren Stirnseiten aufgenommen und gehalten sind dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Heizelemente (14, 14') an sich bekannte Silizium- Heizelemente (14, 14') sind,
• - daß die U-förmigen Aufnahmen (24) durch Faltungen (26) des je­ weiligen Bleches (16 bzw. 17) gebildet sind und
• - die Heizelemente (14, 14') in den U-förmigen Aufnahmen (24) zwei­ er Bleche (16 bzw. 17) eingesteckt und gleichzeitig kontaktiert sind.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei parallel verlaufenden Heizelementen (14 und 14') eine Wellrippe (34) vorgesehen ist, wobei die Wellrippe (34) mit einer un­ beschichteten Seite (30) einer Trägerschicht (28) der Heizelemente (14 und 14') verbunden ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellrippe (34) mit den Heizelementen (14 und 14') verklebt oder verlötet ist.

4. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß benachbarte Bleche (17 und 18, 19 und 20) miteinander verlötet sind.

5. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bleche (16 bis 22) durch Messing­ bänder gebildet sind.

6. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Artsprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Block (12) in einem Rahmen gehal­ ten ist.