DE19732010A1 - Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein KraftfahrzeugInfo
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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, verbrauch
soptimierter Motoren, in denen weniger Wärmeenergie anfällt und über das
Kühlwasser abgeführt wird, steht zur Fahrzeugheizung eine geringere Wär
meenergie zur Verfügung, die bei extrem niedrigen Außentemperaturen kei
neswegs zur Fahrzeugheizung ausreicht und die auch bei normalem Hei
zungsbedarf erst bei erheblicher zeitlicher Verzögerung zu behaglichen In
nenraumtemperaturen führt. Gleiches gilt für die Beheizung von Elektro-
Fahrzeugen.
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 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.
Es wurden bereits verschiedene Zusatzheizsysteme entwickelt. So ist aus
der EP 0 350 528 ein Radiator bekannt, der mehrere parallel angeordnete
Heizelemente umfaßt, die zu einem Block zusammengesetzt und in einem
Rahmen befestigt sind. Zwischen jeweils zwei Blechen sind PTC-Elemente
gehalten und auf der jeweils anderen Seite der Bleche befindet sich eine mit
diesen in wärmeleitender Verbindung stehende Wellrippe. Der Block ist ge
halten in einem Halterahmen, der aus parallel zu den Heizelementen ange
ordneten äußeren Schienen besteht, die endseitig in Holme eingesteckt
sind. Die einzelnen äußeren Schienen und Holme sind zur Bildung des Hal
terahmens 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 wegen der Mehrteiligkeit der ein
zelnen Holme die Montage schwierig ist und darüber hinaus der Wärmekon
takt nicht optimal ist, da sich bei Dickentoleranzen an manchen Stellen kein
guter Flächenkontakt einstellt. Weiter ist der Toleranzbereich durch den Fe
derweg des Federbandes auf einen kleinen Bereich eingeschränkt. Größere
Spannkräfte können nicht durch das Federband auf den Heizblock übertra
gen werden.
Aus der EP 0 575 649 ist eine gattungsgemäße Heizeinrichtung bekannt, bei
der anstelle des gewellten Federbandes die Holme Ausbauchungen als fe
derelastische Spannelemente aufweisen, die gegen den Block drücken.
Nachteilig daran ist, daß auch hier der Toleranzbereich durch die Höhe der
Ausbauchungen stark eingegrenzt ist und die Spannkräfte durch die Form
der Ausbauchungen und das Material der Holme fest vorgegeben ist. Weiter
nachteilig ist, daß die Spannkräfte in Abhängigkeit des Federweges je nach
Breite des Blockes unterschiedlich sind.
Aus der DE 44 34 613 ist eine Heizeinrichtung bekannt, deren Rahmen aus
Kunststoff besteht. Der Rahmen ist in zwei Hälften geteilt, an denen Keile
angeformt sind. Beim Zusammenfügen können sich die Keile verbiegen und
so den Block verspannen. Nachteilig daran ist, daß ein Rahmen aus Kunst
stoff nur eine geringe Lebensdauer hat, da der Kunststoff insbesondere auf
grund der hohen Temperaturen altert und im Laufe der Zeit seine Stabilität
verliert. Darüberhinaus erlaubt die Ausgestaltung des Rahmens nur sehr
kleine Toleranzen. Auch die auf den Block übertragbaren Spannkräfte sind
nur sehr gering.
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 ermöglicht, wobei
trotz großer Toleranzen in der Breite des Blockes eine gute und gleichmäßi
ge Verspannung der PTC-Elemente und Bleche gewährleistet sein muß,
damit gute elektrische und wärmeleitende Kontakte zwischen den einzelnen
Elementen vorhanden sind. Die Heizeinrichtung sollte so gestaltet sein, daß
die Kraft, mit der der Block verspannt wird, sehr groß ausgelegt sein kann,
damit eine verbesserte Wärmeabfuhr von den PTC-Elementen gewährleistet
ist und damit eine höhere Heizleistung erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine gattungsgemäße
Heizeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß besteht der Rahmen aus Längs- und Querschenkeln, wo
bei die Querschenkel zumindest an ihren Enden in zwei Endteile längsgeteilt
sind und die Längsschenkel wenigstens an ihren mit den Querschenkeln
verbundenen Enden im Querschnitt wenigstens einen keilartigen Bereich
aufweisen und die Enden der Längsschenkel über ihre Teilflächen zwischen
den Endteilen der Querschenkel eingespannt gehalten sind. Mit dieser Aus
gestaltung der Längs- und Querschenkel lassen sich Blöcke mit unter
schiedlichen Abmessungen mit jeweils der gleichen Spannkraft verspannen,
so daß der Heizblock große Abmessungstoleranzen aufweisen kann und
stets eine gleich gute elektrische und wärmeleitende Verbindung zwischen
den einzelnen Elementen des Heizblocks gegeben ist. Die Kraft, mit der der
Heizblock verspannt wird, kann sehr groß ausgelegt sein, so daß die erfin
dungsgemäße Heizeinrichtung höhere Heizleistungen liefern kann.
Bevorzugt sind die Längsschenkel als Profil ausgebildet, mit trapez- oder
dreieckförmigem Querschnitt. Auf diese Weise sind die Längsschenkel ein
fach ausgestaltet und weisen eine große Stabilität auf, so daß der Heizblock
über die Längsschenkel mit einer großen Kraft verspannt werden kann.
Vorteilhafterweise sind die Querschenkel jeweils in zwei Querschenkelhälf
ten geteilt, die identisch ausgebildet sind. Hierdurch kann der Aufbau der
erfindungsgemäßen Heizeinrichtung vereinfacht werden.
Bevorzugt weisen die Querschenkelhälften Anlageflächen auf, die an den
Keilflächen anliegen, so daß die Längsschenkel entlang der Anlageflächen
verschiebbar geführt sind, und der Heizblock korrekt verspannt werden
kann.
Um eine hohe Stabilität des Rahmens zu erhalten und große Spannkräfte zu
ermöglichen, bestehen die Rahmenschenkel bevorzugt aus Metall, vorzugs
weise aus Aluminiumstrangpreßprofilen. Aluminium bietet insbesondere ei
nen Gewichtsvorteil.
Ein Rahmen auf. Metall bietet den weiteren Vorteil, daß über ihn die Strom
zuführung durchgeführt werden kann. Dabei weisen die Querschenkelhälften
vorzugsweise Befestigungselemente zur Festlegung der Bleche der Heize
lemente auf, wobei ein Blech jeden zweiten Heizelementes dann über die
Befestigungselemente festgelegt ist und je ein Blech der anderen Heizele
mente jeweils ein elektrisches Anschlußelement aufweist. Dann kann jedem
zweiten Heizelement über den Rahmen, die Querschenkel und die Befesti
gungsmittel Strom zugeführt werden und die restlichen Heizelemente sind
separat über die elektrischen Anschlußelemente anschließbar. Alternativ
könnte auch jedes Heizelement einen elektrischen Anschluß aufweisen. Der
Heizblock ist vorteilhafterweise gegenüber den Längsschenkeln, die gegen
den Heizblock drücken, isoliert.
Wenn die Querschenkelhälften lösbar miteinander verbunden sind, kann die
erfindungsgemäße Heizeinrichtung zu Wartungs- oder Reparaturzwecken
demontiert werden.
Ein gemäß Anspruch 13 vorgesehener, nach außen abragender Steg kann
dazu dienen, andere Elemente an der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung
oder die Heizeinrichtung selbst an einem Bauteil festzulegen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahmen auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung
von der Luftanströmseite gesehen;
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II aus Fig. 1 in
Explosionsdarstellung;
Fig. 3 ein einzelnes Heizelement in Explosionsdarstellung;
Fig. 4 eine Vorderansicht der Einzelteile des Heizelements
gemäß Fig. 3;
Fig. 5, 6, 7 weitere Ausführungsformen in Querschnitts
darstellungen wie Fig. 2;
Fig. 5a, 6a, 7a die Ausführungsformen gemäß den Fig. 5, 6, 7 im
Querschnitt entlang der Linie III-III aus Fig. 1 gesehen.
Eine in Fig. 1 dargestellte Heizvorrichtung 10 weist mehrere in einem Rah
men 12 aufgenommene Heizelemente 14 und zwischen den Heizelementen
angeordnete Wellrippen 16, die zusammen einen Heizblock 18 bilden, auf.
Die Wellrippen 16 sind bevorzugt als Kiemenwellrippe zur Erhöhung der
Leistung ausgebildet, wobei eine Wellrippenhöhe von 8 bis 16 mm und eine
Wellrippentiefe, also Tiefe des Heizblocks 18, von 8 bis 14 mm bevorzugt
ist.
In den Fig. 3 und 4 sind die einzelnen Elemente eines Heizelements 14 dar
gestellt. Das Heizelement 14 besteht aus zwei parallel verlaufenden Blechen
20, 22 zwischen denen sich mehrere PTC-Elemente 24 befinden. Die PTC-Ele
mente 24 sind gegen Verrutschen durch ein Dichtprofil 26 sicher gehal
ten und gegen Feuchtigkeit geschützt. Das Dichtprofil 26 ist aus einem ex
trudierten Endlosprofil, bevorzugt aus Silikon bestehend, hergestellt, das auf
die dem Heizelement 14 entsprechende Länge zugeschnitten ist und in das
Durchbrechungen 28 eingestanzt sind, in denen die PTC-Elemente 24 posi
tioniert und auf Abstand gehalten sind. Das Dichtprofil 26 weist an seinen
Längsrändern Rastlippen auf, die die Längsränder der Bleche 20, 22 umgrei
fen, so daß das Heizelement 14 im zusammengesetzten Zustand durch die
über die Rastlippen gehaltenen Bleche 20, 22 zusammenhält. Damit ein gu
ter Kontakt und eine gute Wärmeleitung zwischen den Blechen 20, 22 und
den PTC-Elementen 24 gegeben ist, ist das Dichtprofil im Stegbereich zwi
schen den Durchbrechungen 28 mit Untermaß in der Dicke d zu den PTC-Ele
menten 24 ausgeführt. Die Dichtwirkung wird durch elastische Verfor
mung der verdickten Stegbereiche erreicht.
Der Rahmen 12 besteht aus parallel zu den Heizelementen 14 angeordne
ten Längsschenkeln 30 und 32 sowie senkrecht dazu angeordneten Quer
schenkeln 34 und 36. Die Querschenkel 34 und 36 sind zumindest an ihren
Enden in zwei Endteile längsgeteilt. Bevorzugt sind die Querschenkel 34
und 36 jedoch, wie in den Figuren dargestellt, über ihre volle Länge jeweils
in zwei Querschenkelhälften 38 und 40 längsgeteilt. An ihren Enden weisen
die Querschenkelhälften 38 und 40 jeweils eine Anlagefläche 42 und 44
bzw. 46 und 48 auf, wobei gegenüberliegende Anlageflächen 42 und 46
bzw. 44 und 48 jeweils einen Winkel einschließen, der zum Heizblock 18 hin
geöffnet ist. Zwischen diesen Anlageflächen 42 bis 48 sind die Längsschen
kel 30 und 32 gehalten, die wenigstens an ihren mit den Querschenkeln 34
und 36 verbundenen Enden im Querschnitt wenigsten einen keilartigen Be
reich aufweisen, wie in Fig. 2 dargestellt. Bevorzugt sind die Längsschenkel
als Profil ausgebildet mit trapez- oder dreieckförmigem Querschnitt. Dabei
bilden die Längsseiten der Längsschenkel 30 und 32 Keilflächen 50 und 52
bzw. 54 und 56.
Bei der Montage der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung wird der Heizblock
18 in den Rahmen 12 eingelegt und die Querschenkelhälften 38 und 40 über
Verbindungsmittel 60 miteinander verbunden, wodurch aufgrund der Keilflä
chen 50 bis 56, die an den Anlageflächen 42 bis 48 anliegen, auf die Längs
schenkel 30 und 32 eine Kraft in Richtung des Heizblocks 18 ausgeübt wird,
so daß der Heizblock 18 zwischen den Längsschenkeln 30 und 32 verspannt
gehalten ist. Unabhängig von den Heizblockabmessungstoleranzen, bei
spielsweise den Toleranzen in der Höhe H, wird die Spannkraft lediglich
durch die Verbindungsmittel 60 bestimmt, also mit welcher Kraft die Quer
schenkelhälften 38 und 40 zusammengehalten sind.
Die Rahmenschenkel bestehen bevorzugt aus Metall. vorzugsweise aus
Aluminium und sind als Strangpreßprofile ausgebildet. Die Verbindungsmit
tel 60 können lösbare Verbindungsmittel, wie Schrauben oder dergleichen
sein. Sie können auch als unlösbare Verbindungsmittel, beispielsweise
Vernietungen, ausgebildet sein.
In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind die Heizelemente
14 in dem Heizblock 18 lediglich durch Verspannung des Heizblocks 18 zwi
schen den Längsschenkeln 30 und 32 in dem Rahmen 12 gehalten. Jedes in
der Fig. 2 als oberes dargestellte Blech 20 jeden zweiten Heizelements 14
ist über ein elektrisches Abschlußelement 21, das beispielsweise durch ei
nen abgewinkelten Endabschnitt 21 des Bleches 20 gebildet sein kann (Fig.
3), mit dem einen Pol einer elektrischen Versorgung verbunden. Jedes in
der Fig. 2 obere Blech 20' der anderen Heizelemente 14' ist ebenfalls über
ein elektrisches Anschlußelement 21' mit dem anderen Pol der elektrischen
Versorgung verbunden. Die einzelnen elektrischen Anschlüsse können ge
geneinander isoliert sein, so daß einzelne Heizelemente separat abschalt
bar, bzw. zuschaltbar sind.
Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen in Explosionsdarstellung weitere Ausführungs
formen der erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung, in denen die in
den Figuren als obere dargestellte Bleche 20 jeden zweiten Heizelements
14 über von den Querschenkelhälften 38 und 40 abragende Befestigungse
lemente 62 festgelegt sind. Die Festlegung der Bleche 20 ist in den Fig. 5a,
6a und 7a dargestellt. Über die Befestigungselemente 62 und damit über
den Rahmen 12 sind die Bleche mit einer elektrischen Versorgung verbind
bar sind. Der Rahmen befindet sich vorteilhafterweise dabei auf Massepo
tential. Die jeweils oberen Bleche 20' der anderen Heizelemente 14' weisen,
wie die Bleche der Heizelemente des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1
und 2, elektrische Anschlußelemente auf. Diese elektrischen Anschlußele
mente sind mit der elektrischen Versorgung verbunden.
Die einzelnen Ausführungsbeispiele nach den Fig. 5 bis 7a unterscheiden
sich untereinander in der unterschiedlichen Ausführung der Befestigungsmit
tel 62. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 5a werden die Enden
der Bleche 20 zwischen zwei gegenüberliegenden Befestigungsmitteln 62,
die jeweils einen Schlitz 64 aufweisen, eingeklemmt gehalten, wobei die
Bleche 20 teilweise in die Schlitze 64 eingesteckt sind (Fig. 5a). In dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 und 6a sind die Befestigungsmittel 62
gebildet aus Haken 66, die gegen die Bleche 20 drücken, wobei gegen
überliegende Haken 66 und 66' derart zusammenwirken, daß der Haken 66
von oben und der Haken 66' von unten gegen das Blech drücken, wie in Fig.
6a dargestellt. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 7a sind die
Befestigungselemente 62 gebildet aus einer Kombination der Befesti
gungsmittel 62 aus den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 5 und 6, wobei
auch hier wieder gegenüberliegende Befestigungsmittel 62 und 62' zusam
menwirken und dadurch jeweils das Blech 20 festlegen (Fig. 7a).
Claims (13)
1. Elektrische Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit
mehreren zu einem Heizblock (18) zusammengesetzten, parallel an
geordneten Heizelementen (14), die aus Blechen (20, 22) und zwi
schen diesen Blechen gehaltenen PTC-Elementen (24) gebildet sind
und Wellrippen (16), die an den Blechen (20, 22) in wärmeleitender
Verbindung anliegen, wobei der Heizblock (18) in einem Rahmen
(12), der aus einzelnen parallel zu den Heizelementen (14) angeord
neten Längsschenkeln (30, 32) und senkrecht dazu angeordneten
Querschenkeln (34, 36), aufgebaut ist, gehalten ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Querschenkel (34 und 36) zumindest an ihren
Enden in zwei Endteile längsgeteilt sind und die Längsschenkel (30
und 32) wenigstens an ihren mit den Querschenkeln (34 und 36) ver
bundenen Enden im Querschnitt wenigstens einen keilartigen Bereich
aufweisen und die Enden der Längsschenkel (30 und 32) über ihre
Keilflächen (50 bis 56) zwischen den Endteilen der Querschenkel (34
und 36) eingespannt gehalten sind.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Längsschenkel (44, 46) als Profile (60) ausgebildet sind mit
trapez- oder dreieckförmigem Querschnitt.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschenkel (34 und 36) über ihre volle Länge jeweils in
zwei Querschenkelhälften (38 und 40) längsgeteilt sind.
4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querschenkelhälften (38 und 40) identisch ausgebildet sind.
5. Heizeinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querschenkelhälften (38 und 40) Anlageflächen (42 bis 48)
aufweisen, die an den Keilflächen (50 bis 56) anliegen.
6. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Rahmenschenkel aus Metall, vorzugsweise
Aluminium, bestehen und als Strangpreßprofile ausgebildet sind.
7. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Heizblock (18) und den
Längsschenkeln (30 und 32) eine elektrische Isolation vorgesehen ist.
8. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Querschenkelhälften (38 und 40) lösbar mit
einander verbindbar sind.
9. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Querschenkelhälften (38 und 40) Besti
gungselemente (62) zur Festlegung der Bleche (20) aufweisen.
10. Heizeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils zwei, im zusammengebauten Zustand der Heizeinrichtung (10)
gegenüberliegende Befestigungsmittel (62 und 62') zusammenwirken
und zwischen sich ein Blech (20) eines Heizelement (14) festlegen.
11. Heizeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Blech (20) jeden zweiten Heizelementes (14) über die Befe
stigungsmittel (62) festgelegt ist und jeweils ein Blech (20') der ande
ren Heizelemente (14') jeweils ein elektrisches Anschlußelement (21)
aufweisen.
12. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß jedes Heizelement (14) einen elektri
schen Anschluß (21) aufweist.
13. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Rahmenschenkel
einen nach außen abragenden Steg aufweist.
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