DE19902050C2 - Heizungs- oder Klimaanlage für Fahrzeuge - Google Patents
Heizungs- oder Klimaanlage für FahrzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Heizungs- oder Klimaanlage für
eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Bei Kraftfahrzeugen, deren Brennkraftmaschine oder Motor
verbrauchsoptimiert konstruiert ist, fällt eine wesentlich
geringere Verlustwärme an, wodurch die durch die Motorkühlung
zur Verfügung gestellte Heizenergie für die Heizung der
Fahrgastzelle mitunter zu gering ist. Abhilfe schafft hier
eine elektrische Zusatzheizung, die bei Bedarf den den
Wärmetauscher durchströmenden Luftstrom stärker aufheizt.
Bei einer bekannten Heizungsanlage der eingangs genannten Art
(DE 37 15 194 A1) ist der vom Kühlwasser durchströmte
Wärmetauscher in einem Außenluft zur Fahrgastzelle führenden
Kanal angeordnet. Daneben ist ebenfalls in dem die Außenluft
führenden Kanal eine elektrische Zusatzheizung vorgesehen, die
für eine Erwärmung der Luft während der Warmlaufphase des
Verbrennungsmotors sorgt. Um eine möglichst intensive
Erwärmung der Luft mit der Zusatzheizung zu erreichen, weist
diese einen großflächigen, auf eine Niedertemperatur von
weniger als 150°C regelbaren Heizleiter auf und ist als
flaches, kastenförmiges Gebilde geformt, das in
Strömungsrichtung der Luft unmittelbar hinter dem
Wärmetauscher angeordnet und an diesem befestigt ist, wobei
der Wärmetauscher den Träger für die elektrische Zusatzheizung
bildet.
Bei einer bekannten Heizungsanlage der eingangs genannten Art
(DE 42 38 364 A1) ist die elektrische Zusatzheizung ebenfalls
dem Wärmetauscher nachgeordnet, so daß der von einem Gebläse
erzeugte Luftstrom zunächst den Wärmetauscher durchströmt, nur
teilweise erwärmt wird und anschließend durch die elektrische
Zusatzheizung hindurchströmt und hier auf eine höhere
Temperatur aufgeheizt wird. Die so vorgewärmte Luft strömt in
die Fahrgastzelle ein. Ein in der Fahrgastzelle angeordneter
Innenraumtemperaturfühler, der zusammen mit einem
Sollwertgeber den Heizbedarf ermittelt und in dem in die
Fahrgastzelle einströmenden Luftstrom angeordnet ist, steuert
über ein Steuergerät den Kühlwasserfluß durch den
Wärmetauscher und die Einschaltdauer der Zusatzheizung.
In allen diesen Heizungsanlagen erfolgt die Anordnung der
elektrischen Zusatzheizung in dem den Luftstrom führenden
Luftkanal hinter dem Wärmetauscher und macht eine spezielle,
auf die elektrische Zusatzheizung bezogene Auslegung des
Luftkanals notwendig, da für die elektrische Zusatzheizung
zusätzlichen Bauraum geschaffen werden muß.
Bei einer ebenfalls bekannten Heizungsanlage für
Kraftfahrzeuge (DE 44 33 814 A1, Fig. 7) ist die dort
ebenfalls vorhandene elektrische Zusatzheizung in einem
Flachrohrheizkörper, der aus einer Vielzahl paralleler
Flachrohre und dazwischen angeordneten Wellenrippen besteht,
in der Weise integriert, daß auf die beiden Seiten der beiden
äußeren Flachrohre über die gesamte Rohrlänge eine Vielzahl
von PTC-Elementen aufgesetzt ist, die mit ihrer der
Rohroberfläche abgewandten Seite an einer elektrischen
Leiterbahn liegen. Im Heizbetrieb der Zusatzheizung, d. h. bei
anliegeder Spannung und Stromfluß durch die PTC-Elemente, wird
insbesondere die in den Flachrohren strömende Kühlflüssigkeit
der Brennkraftmaschine erwärmt. Eine direkte Erwärmung der den
Wärmetauscher durchströmenden Luft durch die PTC-Elemente
findet nur in einem sehr geringen Maß statt, da die Luft
infolge des von den PTC-Elementen mit Leiterbahnen bedingten
hohen Luftwiderstands in den Seitenbereichen des
Flachrohrheizkörpers diese Seitenbereichen nur wenig
durchströmt. Durch die zweifache Umsetzung der von der
Zusatzheizung gelieferten elektrischen Energie, nämlich zum
einen die Wärmeübertragung von den PTC-Elementen zu der
Kühlflüssigkeit und zum anderen von der Kühlflüssigkeit an die
den Flachrohrheizkörper durchströmende Luft ist der
Wirkungsgrad der Zusatzheizung relativ gering.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- oder
Klimaanlage der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß
einerseits für den Einbau der elektrischen Zusatzheizung kein
gesonderter Bauraum im Luftführungskanal erforderlich ist und
andererseits eine effektive Aufheizung der den Wärmetauscher
durchströmenden Luft durch die elektrische Zusatzheizung
sichergestellt ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst.
Die erfindungsgemäße Heizungs- oder Klimaanlage hat den
Vorteil, daß durch die unmittelbare Einbindung der
elektrischen Zusatzheizung in den Wärmetauscher in Form von
zwischen den Wasserkanälen und im Parallelabstand dazu sich
erstreckenden elektrischen Heizstäben die Abmessungen des
Wärmetauschers unverändert bleiben, so daß in dem in einem
Klimakasten ausgebildeten Luftkanal ohne konstruktive
Änderungen wahlweise ein normaler, ausschließlich vom
Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufs durchflossener
Wärmetauscher oder ein Wärmetauscher mit integrierter
elektrischer Zusatzheizung eingesetzt werden kann. Dadurch
ergibt sich die zusätzliche Möglichkeit, bereits installierte
Heizungs- oder Klimaanlagen nachträglich mit einer
elektrischen Zusatzheizung zu versehen, was durch einfachen
Wärmetauscherwechsel im Klimakasten erfolgen kann. Durch die
vorgenommene Verteilung der elektrischen Heizstäbe wird auch
der Luftvolumenstrom weniger stark reduziert als bei den
bekannten Heizungsanlagen. Eine Gebläseanpassung bei Einbau
der elektrischen Zusatzheizung ist daher nicht erforderlich.
Die den Wärmetauscher durchströmende Luft wird großflächig und
gleichmäßig auf direktem Weg von der Zusatzheizung erwärmt,
wobei durch die den Heizstäben zugeordneten Wärmeleitelemente
die Wärmeabgabe intensiviert wird.
Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizungs-
oder Klimaanlage mit vorteilhaften Weiterbildungen und
Verbesserungen der Erfindung sind in den weiteren
Patentansprüchen angegegeben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur
Steuerung der Zusatzheizung in Abhängigkeit von den
Wärmebedarf bestimmenden Größen, wie Außentemperatur,
Kühlwassertemperatur, ein Steuergerät vorgesehen, das am
Wärmetauscher so angeordnet ist, daß es von der in den
Wärmetauscher einströmenden Luft bestrichen ist. Das
Steuergerät weist eine Leistungselektronik und Kühlkörper zur
Wärmeabfuhr auf und die Anordnung des Steuergeräts ist auf der
Lufteintrittsseite des Wärmetauschers so getroffen, daß
mindestens die Kühlkörper im Luftstrom liegen. Durch diese
Unterbringung des für die Steuerung der elektrischen
Zusatzheizung erforderlichen Steuergeräts am Wärmetauscher
erhält man eine kompakte Baueinheit, die in einem einzigen
Montagevorgang durch Verschrauben, Verclipsen oder eine andere
klapper- und spielfreie Verbindung ohne Verkabelung der
Heizstäbe und des Steuergeräts untereinander im Klimakasten
untergebracht werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
das Steuergerät auf einem Kunststoffrahmen angeordnet, der auf
der Lufteintrittsseite des Wärmetauschers auf diesen
aufgesetzt und mit diesem verbunden, z. B. verclipst oder
verschraubt ist. Die zwischen den Wasserkanälen des
Wärmetauschers angeordneten elektrischen Heizstäbe der
Zusatzheizung sind jeweils in einem von der dem Wärmetauscher
zugekehrten Unterseite des Kunststoffrahmens einstückig
abstehenden, in den Wärmetauscher eintauchenden, rahmenartigen
Trog aufgenommen, dessen längere Trogwände vorzugsweise die
zwischen den Heizstäben und den Wasserkanälen verlaufenden
Isolationsplatten bilden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
für die elektrische Zusatzheizung ein mechanischer Ein-
/Ausschalter vorgesehen, der räumlich in der Zusatzheizung
integriert und von einem im Armaturenbrett plazierten
manuellen Bedienknopf über beispielsweise einen Bowdenzug und
einen durch diesen schwenkbaren Nocken betätigbar ist. Durch
die räumliche Integration des Ein-/Ausschalters in die
elektrische Zusatzheizung wird eine konzentrierte Bauweise des
kompletten Zuheizsystems mit mechanischer Schalteinrichtung
erzielt. Somit ist es möglich, die Heizungsvarianten mit oder
ohne elektrische Zusatzheizung nur auf den Klimakasten zu
beschränken, ohne weitere Bedienelemente im Armaturenbrett zu
verändern. Die Gebläsekastenvarianten mit oder ohne
elektrische Zusatzheizung werden erst unmittelbar vor der
Montage gebildet, was bedeutet, daß Klimakästen und
elektrische Zuheizmodule separat angeliefert werden. Durch die
unmittelbar vor Verbau gebildeten Varianten werden
Logistikkosten eingespart und der Koordinierungsaufwand
minimiert. Die Fertigung kann flexibler auf den Bedarf
reagieren. Dabei kann die elektrische Zusatzheizung sowohl in
den Wärmetauscher integriert als auch separat vom
Wärmetauscher in den Luftstrom eingesetzt werden.
Eine Einsparung von Bauelementen erhält man, wenn gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Ein-
/Ausschalter von einer im Klimakasten vorhandenen
Luftmischklappe zum Mischen eines den Wärmetauschers
umgehenden Kaltluftstrom und eines durch den Wärmetauscher
strömenden Warmluftstroms betätigt wird, wobei der
Ein-/Ausschalter so justiert ist, daß sein im elektrischen
Stromkreis der Zusatzheizung liegender Schaltkontakt in der
Schwenkendstellung der Luftmischklappe für maximale
Warmluftzufuhr geschlossen ist. Die Luftmischklappe wird dabei
von einem die Schwenkstellung der Luftmischklappe vorgebenden
Temperatureinsteller betätigt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
der mechanische Ein-/Ausschalter für die elektrische
Zusatzheizung räumlich auch an einem dem Wärmetauscher
vorgeordneten Gebläse zur Erzeugung des den Wärmetauscher und
die elektrische Zusatzheizung durchströmenden Luftstroms
angeordnet werden, wobei der Ein-/Ausschalter wiederum von
einem im Armaturenbrett plazierten manuellen Bedienknopf aus
bestätigbar ist. Hier ergeben sich die gleichen Vorteile wie
bei der räumlichen Unterbringung des Ein-/Ausschalters im
Heizmodul der elektrischen Zusatzheizung selbst.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es
zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Klimaanlage für eine
Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß Schnittlinie II-II in
Fig. 3 eines Wärmetauschers mit integrierter
elektrischer Zusatzheizung der Klimaanlage in
Fig. 1,
Fig. 3 ausschnittweise eine perspektivische Ansicht des
Wärmetauschers mit integrierter elektrischer
Zusatzheizung in Fig. 2.
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Wärmetauschers
in Fig. 2 und 3 vor der Montage der elektrischen
Zusatzheizung,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines auf den
Wärmetauscher gemäß Fig. 4 aufsetzbaren
Kunststoffrahmens mit Trögen zur Aufnahme der
elektrischen Zusatzheizung,
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines mit dem
Kunststoffrahmen in Fig. 5 verbindbaren
Steuergeräts für die elektrische Zusatzheizung,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Kunststoffrahmens
in Richtung Pfeil VII in Fig. 5 mit einem
eingesetzten Heizstab der elektrischen
Zusatzheizung, vergrößert dargestellt,
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer Stromschiene
mit Kontaktschiene der elektrischen Zusatzheizung
in Fig. 7, vergrößert dargestellt,
Fig. 9 eine perspektivische Unteransicht eines Heizmoduls
einer elektrischen Zusatzheizung gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel,
Fig. 10 eine Frontansicht des Heizmoduls in Richtung X
in Fig. 9,
Fig. 11 eine Seitenansicht eines Ein-/Ausschalters für die
elektrische Zusatzheizung in Fig. 9 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel.
Die in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte
Klimaanlage weist ein Gebläse 11 auf, das an dem Eingang eines
Luftführungskastens 12, auch Klimakasten genannt,
angeschlossen ist. Im Luftführungskasten 12 sind ein in einem
Kältemittelkreislauf eingebundener Verdampfer 13 und ein in
dem Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine oder des
Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs eingebundener
Wärmetauscher 14 aufgenommen, die stromabwärts des
Gebläsestroms in der genannten Reihenfolge angeordnet sind.
Dem Wärmetauscher 14 ist ein Luftverteiler 15 unmittelbar
nachgeordnet, von dem drei Luftkanäle 16-18 abzweigen. Der
mittlere Luftkanal 16 führt zu hier nicht dargestellten
Luftaustrittsdüsen in der Mittelebene der Fahrgastzelle,
während der Luftkanal 17 zu den Defrosterdüsen an der
Unterseite der Frontscheibe der Fahrgastzelle und der
Luftkanal 18 zu im Fußraum der Fahrgastzelle angeordneten
Fußraumdüsen führt. Die vom Gebläse 11 wahlweise aus der
Fahrzeugumgebung angesaugte Frischluft oder aus der
Fahrgastzelle angesaugte Mischluft wird im Verdampfer 13
gekühlt und entfeuchtet und im Wärmetauscher 14, der von dem
heißen Kühlwasser der Brennkraftmaschine durchströmt ist,
aufgewärmt. Die so konditionierte Luft wird über den
Luftverteiler 15 auf die einzelnen Luftaustrittsdüsen in der
Fahrgastzelle aufgeteilt. Das aus der vom Gebläse 11
geförderten Luft ausfallende und im Luftführungskasten 12 sich
niederschlagende Wasser wird über ein Wasserabscheider 19 im
Kastenabschnitt zwischen Verdampfer 13 und Wärmetauscher 14
abgeführt.
In Fig. 2 und 3 ist der Wärmetauscher 14 mit allen seinen
Einzelheiten dargestellt. Das von der Brennkraftmaschine
kommende heiße Kühlwasser tritt über einen Kühlwasserzulauf 21
in einen Wassersammelkasten 22 ein und verteilt sich hier auf
eine Vielzahl von Wasserkanälen 23, die sich parallel
zueinander über die gesamte Luftdurchtrittsfläche 141 des
Wärmetauschers 14 erstrecken. Die Wasserkanäle 23 münden in
einem auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers 14
parallel zu dem ersten Wassersammelkasten 22 angeordneten
zweiten Wassersammelkasten 24. Das in den zweiten
Wassersammelkasten 24 einfließende Wasser wird über einen
Kühlwasserablauf 25 zurück zur Brennkraftmaschine geführt. Wie
aus der perspektivischen Darstellung in Fig. 3 ersichtlich
ist, sind die einzelnen, zueinander parallelen Wasserkanäle 23
in eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Kanalröhren 231
mit rechteckigem Querschnitt unterteilt, die durch jeweils
eine Kanalwand 232 voneinander getrennt sind. Im
Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist jeder Wasserkanal 23 mit
vier Kanalröhren 231 ausgebildet. Auf der Ober- und Unterseite
eines jeden Wasserkanals 23 sind Wärmeleitelemente 26 in Form
von Lamellen oder Rippen angeordnet, die in mechanisch fester
und wärmeleitender Verbindung mit den Wänden des Wasserkanals
23 stehen und für eine gute Wärmeabgabe an die sie
durchströmende Luft sorgen.
Zur Deckung des Heizwärmebedarfs bei noch nicht warmgelaufenen
Verbrennungsmotor und/oder zur Deckung des maximalen
Heizwärmebedarfs bei Kraftfahrzeugen mit verbrauchsoptimierten
Verbrennungsmotoren, bei denen der Heizwärmebedarf nicht mehr
allein von dem Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors
gedeckt werden kann, ist eine elektrische Zusatzheizung 20
vorgesehen, die ebenfalls von der vom Gebläse 11 geförderten
Luft durchströmt wird, die auch den Wärmetauscher 14
durchströmt, und diese zusätzlich aufheizt. Wie aus Fig. 2 und
3 ersichtlich ist, ist die elektrische Zusatzheizung 20
baulich in den Wärmetauscher 14 integriert, und zwar so, daß
dieser seine Abmessungen gegenüber einem herkömmlichen, nur
vom Kühlwasser durchströmten Wärmetauscher 14 ohne elektrische
Zusatzheizung nicht verändert. Die elektrische Zusatzheizung
20 besitzt eine Mehrzahl von elektrischen Heizstäben 27, die
sich zwischen den Wasserkanälen 23 und parallel dazu in
vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung über die
Luftdurchtrittsfläche 141 des Wärmetauschers 14 erstrecken.
Dabei verlaufen wechselweise ein mit den Wärmeleitelementen 26
bestückter Wasserkanal 23 und ein elektrischer Heizstab 27
parallel nebeneinander. Zur Optimierung der Wärmeabgabe an den
Luftstrom ist auch jeder Heizstab 27 auf seinen beiden
voneinander abgekehrten Außenseiten mit Wärmeleitelementen 28
in Form von Lamellen oder Rippen versehen. Jeder Heizstab 27
besitzt zwei parallel zueinander verlaufende Stromschienen
30, 31 und eine Mehrzahl von sog. PTC-Elementen 29, die
voneinander beabstandet zwischen den beiden Stromschienen
30, 31 angeordnet und mit diesen mechanisch und elektrisch
leitend verbunden sind. Diese PTC-Elemente 29 weisen
beispielsweise ein Waben- oder Hohlkastenprofil auf und sind
aus einem elektrisch leitenden Material mit positivem
Temperaturkoeffizienten hergestellt. Über die beiden
Stromschienen 30, 31 sind die PTC-Elemente 29 an einem
elektrischen Stromkreis angeschlossen. Die beiden
Stromschienen 30, 31 sind endseitig in Isolatoren 32, 33
gehalten, die auf den einander zugekehrten Innenflächen der
Wassersammelkästen 22 und 24 befestigt sind. Zur Vermeidung
von elektrischen Kurzschlüssen ist zwischen jedem Wasserkanal
23 mit Wärmeleitelementen 26 und jedem Heizstab 27 mit
Wärmeleitelementen 28 eine Isolationsplatte 34 angeordnet, die
sich parallel zu Wasserkanal 23 und Heizstab 27 zwischen den
beiden Wassersammelkästen 22, 24 erstreckt. An dieser
Isolationsplatte 34 sind die von dem Wasserkanal 23 bzw.
Stromschienen 30, 31 gehaltenen Wärmeleitelemente 26 bzw. 28
auf voneinander abgekehrten Seiten abgestützt. Wie aus Fig. 3
ersichtlich ist, erstrecken sich die Wasserkanäle 23 mit
Wärmeleitelementen 26, die Stromschienen 30, 31 mit den PTC-
Elementen 29, die Isolationsplatten 34 und die Isolatoren
32, 33 über die gesamte in Luftströmungsrichtung gesehene Tiefe
des Wärmetauschers 14.
Zur Steuerung der elektrischen Zusatzheizung 20 in
Abhängigkeit von den Wärmebedarf bestimmenden Größen, wie
Außentemperatur, Kühlwassertemperatur u. dgl., ist ein
Steuergerät 35 vorgesehen, das mit dem Wärmetauscher 14 zu
einer baulichen Einheit vereinigt ist. Das Steuergerät 35
weist eine Leistungselektronik sowie Kühlkörper zur Abfuhr der
in der Leistungselektronik erzeugten Wärme auf, die in ihrer
Gesamtheit in Fig. 6 mit dem Kasten 36 symbolisiert sind.
Leistungselektronik und Kühlkörper 36 sind auf einer Platine
37 angeordnet, die mit Buchsen 38 für elektrische
Anschlußstecker 39 bestückt ist. Außerdem weist die Platine 37
noch eine hier nicht zu sehende Kontaktleiste auf, über welche
die Leistungselektronik mit den Heizstäben 27 der elektrischen
Zusatzheizung 20 verbindbar ist. Die Kontaktleiste ist auf der
von den Anschlußsteckern 39 abgekehrten Bestückungsseite der
Platine 37 angeordnet, die auch die Leistungselektronik mit
Kühlkörper 36 trägt.
Das Steuergerät 35 ist auf der Lufteintrittsseite des
Wärmetauschers 14 nunmehr so angeordnet, daß die
Leistungselektronik mit Kühlkörper 36 in dem in den
Wärmetauscher 14 eintretenden Luftstrom liegt. Hierzu ist ein
Kunststoffrahmen 40 vorgesehen, der auf der die
Lufteintrittsfläche bildende Oberseite des in Fig. 4
perspektivisch dargestellten Wärmetauschers 14 bündig
aufgelegt und verschraubt ist, und zwar in die beiden
Wassersammelkästen 22, 24 untereinander starr verbindenden
Querträger 142. Hierzu werden Gewindeschrauben durch
Durchgangslöcher 41 im Kunststoffrahmen 40 hindurchgesteckt
und in Gewindelöchern 42 in den Querträger 142 eingedreht. Der
Kunststoffrahmen 40 trägt an seiner dem Wasserzu- und -ablauf
21, 25 zugekehrten Frontseite ein vom Rahmen 40 einstückig
wegstehendes, rechteckförmiges Rahmenteil 401, auf dem die
Platine 37 bündig aufgesetzt und mittels Schrauben, die durch
Durchgangslöcher 43 in der Platine 37 hindurchgesteckt und in
Gewindelöchern 44 im Rahmenteil 401 eingeschraubt sind,
befestigt ist. Statt einer Verschraubung kann auch eine
Verclipsung vorgesehen werden, was ebenso für die Befestigung
des Kunststoffrahmens 40 an dem Wärmetauscher 14 zutrifft.
Nach Befestigung der Platine 37 am Rahmenteil 401 steht die
Leistungselektronik mit Kühlköper 36 über die
Luftdurchtrittsfläche 141 des Wärmetauschers 14 vor, so daß
sie von der in den Wärmetauscher 14 eintretenden Luft
bestrichen wird. Die Kontaktleiste an der Platine 37 ist dabei
in eine weitere Kontaktleiste 46 eingesteckt, die auf dem mit
dem Kunststoffrahmen 40 in einer, Ebene liegenden
Rahmenschenkel des Rahmenteils 401 befestigt ist. Von dieser
Kontaktleiste 46 aus ist die elektrische Verbindung zu der
elektrischen Zusatzheizung 20 hergestellt.
In dem in Fig. 4 dargestellten Wärmetauscher 14 ist die in
Fig. 2 und 3 zu sehende elektrische Zusatzheizung 20 noch
nicht installiert. Diese wird vielmehr im Kunststoffrahmen 40
vormontiert, wie dies in Fig. 7 zu sehen ist, und mit
Aufsetzen des Kunststoffrahmens 40 auf die Oberseite des
Wärmetauschers 14 in Fig. 4 in die im Wärmetauscher 14
vorgehaltenen Freiräume 45 eingesetzt, so daß sich insgesamt
der in Fig. 2 und 3 komplettierte Wärmetauscher 14 ergibt. Zur
Aufnahme der elektrischen Zusatzheizung 20 ist an dem
Kunststoffrahmen 40 für jeden Heizstab 27 der elektrischen
Zusatzheizung 20 ein rahmenartiger Trog 47 ausgebildet, der an
der dem Wärmetauscher 14 zugekehrten Unterseite des
Kunststoffrahmens 40 vorsteht und bei Aufsetzen des
Kunststoffrahmens 40 auf den Wärmetauscher 14 in den
vorgehaltenen Freiraum 45 im Wärmetauscher 14 eintaucht. Im
Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 sind im Kunststoffrahmen
40 zwei voneinander beabstandete, parallele Tröge 47
vorgesehen, die in einem durch den Wasserkanal 23 mit
Wärmeleitelementen 26 des Wärmetauschers 14 bedingten Abstand
voneinander angeordnet sind. In jedem Trog 47 ist ein Heizstab
27 der Zusatzheizung 20 aufgenommen. In Fig. 7 ist
beispielhaft ein Trog 47 mit einem Heizstab 27, wie er
eingangs ausführlich beschrieben worden ist, ausgestattet. Ein
gleicher Heizstab 27 wird auch in den anderen in Fig. 7 noch
freien Trog 47 eingesetzt. Zwischen diesen beiden Trögen 47
verbleibt im Kunststoffrahmen 40 ein Freiraum 48, der nach
Aufsetzen des Kunststoffrahmens 40 auf den Wärmetauscher 14
von dem Wasserkanal 23 mit Wärmeleitelementen 26 des
Wärmetauschers 14 in Fig. 4 ausgefüllt wird. Dabei liegen die
inneren, längeren Trogwände 471 an den zwischen dem
Wasserkanal 23 und den Heizstäben 27 von dem einen
Wassersammelkasten 22 zu dem anderen Wassersammelkasten 24
verlaufenden Isolationsplatten 34 an oder übernehmen bei
Einsparung der Isolationsplatten 34 deren isolierende Funktion
gegenüber den Wärmeleitelementen 26 am Wasserkanal 23.
Wie Fig. 7 zeigt, sind die Stromschienen 30, 31 der beiden
Heizstäbe 27, zwischen denen jeweils die PTC-Elemente 29
eingeklemmt sind, so angeordnet, daß die
Stromschienenanschlüsse gleicher Polarität auf jeweils einer
der beiden Längsseiten des Kunststoffrahmens 40 liegen. Im
Ausführungsbeispiel der Fig. 7 sind die Anschlußfahnen 301
(Pluspol) der Stromschienen 30 auf dem rechten Rahmenschenkel
und die Anschlußfahnen 311 (Minuspol) der Stromschienen 31 auf
dem linken Rahmenschenkel des Kunststoffrahmens 40 angeordnet.
Auf diesen Rahmenschenkeln des Kunststoffrahmens 40 verlaufen
die in Fig. 7 nicht dargestellten elektrischen
Verbindungsleitungen von den Heizungsstäben 27 zu der
Kontaktleiste 46 am Rahmenschenkel des Rahmenteils 401.
Bevorzugt werden die elektrischen Verbindungsleitungen als
Kontaktschienen 49 ausgebildet, die in den Rahmenschenkeln des
Kunststoffrahmens 40 verlegt und z. B. eingeklemmt oder
eingeschmolzen sind und endseitig Kontaktzungen tragen können,
die zusammen die zweite Kontaktleiste 46 bilden. In diesem
Fall ist die erste Kontaktleiste an der Platine 37 aus
Kontaktschuhen zusammengesetzt, die jeweils eine der an den
Kontaktschienen 49 ausgebildeten Kontaktzungen übergreifen. In
Fig. 8 ist die eine Stromschiene 30 eines Heizstabes 27
dargestellt, die mit einer im seitlichen Rahmenschenkel des
Kunststoffrahmens 40 verlegten Kontaktschiene 49 kontaktiert
ist. Dabei kann die Anschlußfahne 301 der Stromschiene 30 an
die Kontaktschiene 49 angelötet oder mit dieser einstückig
ausgebildet sein.
In Fig. 9 ist eine als eigenständiges Heizmodul 50 konzipierte
elektrische Zusatzheizung 20 dargestellt, die anders als in
Fig. 1-8 nicht im Wärmetauscher 14 selbst integriert ist,
sondern getrennt von einem herkömmlichen Wärmetauscher in dem
den Wärmetauscher 14 durchströmenden Luftstrom eng benachbart
zum Wärmetauscher angeordnet ist. Eine räumliche Integration
des Heizmoduls 15 in den Wärmetauscher, wie in Fig. 1-8, ist
aber ohne weiteres möglich. Das Heizmodul 50 ist mit drei
Heizstäben 27 ausgestattet, wobei jeder Heizstab 27 wiederum
aus zwei Stromschienen 30, 31 mit dazwischen angeordneten PTC-
Elementen 29 besteht. Die Heizstäbe 27 sind endseitig an
Anschlußsteckern 51 angeschlossen, die in einer Steckleiste 52
an der Stirnseite des Heizmoduls 50 nebeneinander angeordnet
sind. In dem Heizmodul 50 ist räumlich ein mechanischer
Ein-/Ausschalter 53 für die elektrische Zusatzheizung 20
integriert, der von einen im Armaturenbrett oder einem
sonstigen Platz im Cockpit des Fahrzeugs plazierten manuellen
Bedienknopf (nicht dargestellt) betätigbar ist. Der
Ein-/Ausschalter 53 ist dabei auf einer einstückig an der
Steckerleiste 52 ausgebildeten Traglasche 54, vorzugsweise
justierbar, befestigt und ragt mit einem Betätigungsstößel 55
in den Schwenkweg eines schwenkbar festgelegten Nockens 56
hinein, der im Ausführungsbeispiel der Fig. 10 an einer
Luftmischklappe 57 (Fig. 10) ausgebildet ist. Die
Luftmischklappe 57 mischt in bekannter Weise einen den
Wärmetauscher 14 (Fig. 1) umgehenden Kaltluftstrom mit einem
durch den Wärmetauscher 14 erwärmten Warmluftstrom, wobei die
Mischlufttemperatur durch die Schwenkstellung der
Luftmischklappe 57 bestimmt ist. Die Luftmischklappe 57 wird
über einen Bowdenzug 58 (Fig. 10) von einem im Armaturenbrett
angeordneten manuell zu bedienenden Temperatureinsteller
gebildet (hier nicht dargestellt). Der Betätigungsstößel 55
wirkt unmittelbar auf einen im Stromkreis der elektrischen
Zusatzheizung 20 angeordneten Schaltkontakt (hier nicht
dargestellt), der in Ruhestellung geöffnet ist und durch
Beaufschlagung durch den Nocken 56 in seine den Stromkreis der
elektrischen Zusatzheizung 20 schließende Arbeitsstellung
übergeht. Der Ein-/Ausschalter 53 ist dabei an der Traglasche
54 derart festgelegt, daß sein Schaltkontakt in der
Schwenkendstellung der Luftmischklappe 57 für maximale
Warmluftzufuhr geschlossen ist. Der Ein-/Ausschalter 53 kann
dabei an der Traglasche 54 verclipst, aufgesteckt oder
verschraubt sein.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 10 ist der Ein-/Ausschalter 53
an der Traglasche 54 festgeschraubt, wobei die Möglichkeit
einer Justierung des Ein-/Ausschalters 53 bezüglich des
Schwenkweges des Nockens 56 an der Luftmischklappe 57 bei der
Montage vorgesehen ist. Hierzu ist der Ein-/Ausschalter 53
mittels einer ersten Schraube 59 an der Traglasche 54
schwenkbeweglich befestigt und trägt ein bogenförmiges, zur
Schraube 59 konzentrisch angeordnetes Langloch 61, durch das
der Schraubenschaft einer in die Traglasche 54 eingeschraubten
Schraube 60 hindurchtritt. Bei losen Schrauben 59 und 60 kann
der Ein-/Ausschalter 53 auf der Traglasche 54 geschwenkt
werden, bis er richtig justiert ist, d. h. so, daß der Nocken
56 in der Schwenkendstellung der Luftmischklappe 57 über den
Betätigungsstößel 55 den Schaltkontakt des Ein-/Ausschalters
51 sicher schließt. Nach dieser Einstellung werden die beiden
Schrauben 59, 60 fest angezogen, so daß der Ein-/Ausschalter 53
in dieser Position unveränderlich festgelegt ist.
In Fig. 11 ist schematisch angedeutet, daß der
Ein-/Ausschalter 53 für den Heizmodul 50 auch getrennt von
diesem in der Klimaanlage untergebracht werden kann, wobei
eine Anordnung an einer geeigneten Stelle des Gebläses 11
(Fig. 1) bevorzugt wird. Der Ein-/Ausschalter 53 wird dabei an
einer am Gebläsegehäuse 52 vorbereiteten Stelle befestigt. Der
Ein-/Ausschalter 53 ist auf einer Platte 63 fest montiert, die
mittels eines Rundloches 64 und eines Langloches 65 bezüglich
des Schwenkweges eines am Gebläsegehäuses 52 festgelegten
Schwenkhebels 66 justierbar ist. An der Platte 63 ist eine
Federzunge 67 endseitig eingespannt, die auf dem
Betätigungsstößel 55 des Ein-/Ausschalters 53 aufliegt und in
den Schwenkweg des Schwenkhebels 66 hineinragt. Der
Schwenkhebel 66 ist über einen Bowdenzug 68 vom Cockpit des
Fahrzeugs aus schwenkbar, wobei wiederum der Ein-/Ausschalter
53 so justiert ist, daß in der in Fig. 11 strichliniert
eingezeichneten Schwenkstellung des Schwenkhebels 66 der
Schaltkontakt des Ein-/Ausschalters 53 über die Federzunge 67
in seine den Stromkreis der elektrischen Zusatzheizung 20
schließende Arbeitsstellung überführt ist.
Claims (21)
1. Heizungs- oder Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines
Kraftfahrzeugs mit einem im Kühlwasserkreislauf einer
Brennkraftmaschine angeordneten, von einem Luftstrom
durchsetzbaren Wärmetauscher (14), der eine Mehrzahl von vom
Kühlwasser durchströmbaren Wasserkanälen (23), die sich im
Parallelabstand voneinander über die Luftdurchtrittsfläche
(141) des Wärmetauschers (14) erstrecken und endseitig jeweils
in einem Wassersammelkasten (22, 24) münden, sowie mit den
Wasserkanälen (23) verbundene Wärmeleitlamellen (26) aufweist,
und mit einer von dem gleichen Luftstrom durchströmten,
baulich in dem Wärmetauscher (14) integrierten elektrischen
Zusatzheizung (20),
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrische Zusatzheizung (20) eine Mehrzahl von
elektrischen Heizstäben (27) besitzt, die sich zwischen den
Wasserkanälen (23) und parallel dazu erstrecken und über die
Luftdurchtrittsfläche (141) des Wärmetauschers (14) so
verteilt angeordnet sind, daß wechselweise ein mit
Wärmeleitelementen (26) besetzter Wasserkanal (23) und ein
elektrischer Heizstab (27) parallel nebeneinander verlaufen,
und daß zwischen jedem Heizstab (27) und einem benachbarten
Wasserkanal (23) mindestens eine elektrische Isolationsplatte
(34) angeordnet ist, an der sich einerseits die mit dem
Wasserkanal (23) verbundenen Wärmeleitelemente (26) und
andererseits von den Heizstäben (27) abstehende
Wärmeleitelemente (28) abstützen.
2. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Heizstab (27) zwei parallel zueinander verlaufende
Stromschienen (30, 31) und eine Mehrzahl von PTC-Elementen (29)
besitzt, die voneinander beabstandet zwischen den beiden
Stromschienen (30, 31) angeordnet und mit diesen mechanisch und
elektrisch leitend verbunden sind, und daß die
Wärmeleitelemente (28) von den Stromschienen (30, 31) abstehen.
3. Anlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromschienen (30, 31) endseitig in an jedem
Wassersammelkasten (22, 24) festgelegten Isolatoren (32, 33)
gehalten sind.
4. Anlage nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wasserkanäle (23) mit Wärmeleitelementen (26), die
Heizstäbe (27) mit Stromschienen (30, 31) und
Wärmeleitelementen (28), die Isolationsplatten (34) und die
Isolatoren (32, 33) sich über die gesamte, in
Luftführungsrichtung gesehene Tiefe des Wärmetauschers (14)
erstrecken.
5. Anlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Wasserkanal (23) in mehrere, in der Tiefe des
Wärmetauschers (14) gesehen, nebeneinanderliegende, durch
jeweils eine Kanalwand (231) voneinander getrennte Kanalröhren
(231) mit rechteckigem Querschnitt unterteilt ist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1-5,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Steuerung der elektrischen Zusatzheizung (20) in
Abhängigkeit von den Wärmebedarf bestimmenden Größen, wie
Außentemperatur, Kühlwassertemperatur, ein Steuergerät (35)
vorgesehen ist, das am Wärmetauscher (14) so angeordnet ist,
daß es von der in den Wärmetauscher (14) einströmenden Luft
bestrichen ist.
7. Anlage nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuergerät (35) eine Leistungselektronik und
wärmeabführende Kühlkörper (36) aufweist und daß die Anordnung
des Steuergeräts (35) auf der Lufteintrittsseite des
Wärmetauschers (14) und so getroffen ist, daß mindestens die
Kühlkörper (36) im Luftstrom liegen.
8. Anlage nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Steuergerät (35) auf einem Kunststoffrahmen (40)
angeordnet ist, der auf der Lufteintrittsseite des
Wärmetauschers (14) auf diesen aufgesetzt und mit diesem
verbunden, vorzugsweise verclipst oder verschraubt, ist.
9. Anlage nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zwischen den Wasserkanälen (23) des Wärmetauschers
(14) angeordneten elektrischen Heizstäbe (27) der
Zusatzheizung (20) jeweils in einem von der dem Wärmetauscher
(14) zugekehrten Unterseite des Kunststoffrahmens (40),
vorzugsweise einstückig, abstehenden, in den Wärmetauscher
(14) eintauchenden, rahmenartigen Trog (47) aufgenommen sind
und vorzugsweise daß die längeren Trogwände (471) die zwischen
den Heizstäben (27) und den Wasserkanälen (23) mit
Wärmeleitelementen (26) verlaufenden Isolationsplatten (34)
bilden.
10. Anlage nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizstäbe (27) in den Trögen (47) so aufgenommen sind,
daß ihre die gleiche Polarität aufweisenden Anschlüsse auf dem gleichen Rahmenschenkel des Kunststoffrahmens (40) und Anschlüsse unterschiedlicher Polarität auf gegenüberliegenden Rahmenschenkeln jeweils oberhalb des Kunststoffrahmens (40) liegen.
daß die Heizstäbe (27) in den Trögen (47) so aufgenommen sind,
daß ihre die gleiche Polarität aufweisenden Anschlüsse auf dem gleichen Rahmenschenkel des Kunststoffrahmens (40) und Anschlüsse unterschiedlicher Polarität auf gegenüberliegenden Rahmenschenkeln jeweils oberhalb des Kunststoffrahmens (40) liegen.
11. Anlage nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoffrahmen (40) eine mit der Zusatzheizung (20) elektrisch verbundene erste Kontaktleiste (46) trägt, die mit den Anschlüssen (301, 311) der Heizstäbe (27) elektrisch verbunden ist, daß die Leistungselektronik mit Kühlkörper (36) auf einer am Kunststoffrahmen (40) befestigbaren, vorzugsweise verclips- oder verschraubbaren, Platine (37) angeordnet ist
und daß die Platine (37) einerseits eine die erste Kontaktleiste (46) kontaktierende zweite Kontaktleiste und andererseits Buchsen (38) für elektrische Anschlußstecker (39) aufweist.
daß der Kunststoffrahmen (40) eine mit der Zusatzheizung (20) elektrisch verbundene erste Kontaktleiste (46) trägt, die mit den Anschlüssen (301, 311) der Heizstäbe (27) elektrisch verbunden ist, daß die Leistungselektronik mit Kühlkörper (36) auf einer am Kunststoffrahmen (40) befestigbaren, vorzugsweise verclips- oder verschraubbaren, Platine (37) angeordnet ist
und daß die Platine (37) einerseits eine die erste Kontaktleiste (46) kontaktierende zweite Kontaktleiste und andererseits Buchsen (38) für elektrische Anschlußstecker (39) aufweist.
12. Anlage nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kunststoffrahmen (40) zur Halterung der Platine (37)
ein von der von dem Wärmetauscher (14) abgekehrten Oberseite
des Kunststoffrahmens (40) einstückig wegstehendes,
rechteckförmiges Rahmenteil (401) aufweist, auf dem die
Platine (37) mit durch das Rahmenteil (401) hindurchragender
Leistungselektronik mit Kühlkörpern (36) bündig aufgesetzt
und befestigt ist.
13. Anlage nach Anspruch 11 und 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Kontatkleiste (46) auf dem mit dem
Kunststoffrahmen (40) in einer Ebene liegenden unteren
Rahmenschenkel des Rahmenteils (401) angeordnet ist.
14. Anlage nach einem der Ansprüche 11-13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den
Heizstabanschlüssen (301, 311) und der ersten Kontaktleiste
(46) als Kontaktschienen (49) ausgebildet sind, die im
Kunststoffrahmen (40) verlegt sind.
15. Anlage nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktschienen (49) endseitig Kontaktzungen tragen,
die zusammen die erste Kontaktleiste (46) bilden, und daß die
zweite Kontaktleiste an der Platine (37) aus die Kontaktzungen
übergreifenden Kontaktschuhen zusammengesetzt ist.
16. Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere
nach einem der Ansprüche 1-15,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ein-/Ausschalter (53) für die elektrische
Zusatzheizung (20) räumlich in der Zusatzheizung (20)
integriert und von einem im Armaturenbrett des Fahrzeugs
plazierten manuellen Bedienknopf betätigbar ist.
17. Anlage nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ein-/Ausschalter (53) mit einem Schaltkontakt im
Stromkreis der Zusatzheizung (20) angeordnet ist und mit einem
Schaltkontaktbetätigungsstößel (55) in den Schwenkweg eines
über den Bedienknopf, vorzugsweise mittels eines Bowdenzugs
(58), schwenkbar festgelegten Nockens (56) hineinragt.
18. Anlage nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Nocken (56) an einer Luftmischklappe (57) zum Mischen eines den Wärmetauscher (14) umgehenden Kaltluftstroms und eines durch den Wärmetauscher (14) erwärmten Warmluftstroms angeordnet ist, daß der Ein-/Ausschalter (53) so justiert ist,
daß sein Schaltkontakt in der Schwenkendstellung der Luftmischklappe (57) für maximale Warmluftzufuhr geschlossen ist, und daß der Bedienknopf von einem die Schwenkstellung der Luftmischklappe (57) vorgebenden Temperatureinsteller gebildet ist.
daß der Nocken (56) an einer Luftmischklappe (57) zum Mischen eines den Wärmetauscher (14) umgehenden Kaltluftstroms und eines durch den Wärmetauscher (14) erwärmten Warmluftstroms angeordnet ist, daß der Ein-/Ausschalter (53) so justiert ist,
daß sein Schaltkontakt in der Schwenkendstellung der Luftmischklappe (57) für maximale Warmluftzufuhr geschlossen ist, und daß der Bedienknopf von einem die Schwenkstellung der Luftmischklappe (57) vorgebenden Temperatureinsteller gebildet ist.
19. Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere
nach einem der Ansprüche 1-15, mit einem dem Wärmetauscher
(14) vorgeordneten Gebläse (11) zur Erzeugung des den
Wärmetauscher (14) und die elektrische Zusatzheizung (20)
durchströmenden Luftstroms,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Ein-/Ausschalter (53) für die Zusatzheizung (20)
räumlich am Gebläse (11) angeordnet und von einem im
Armaturenbrett plazierten, manuellen Bedienknopf betätigbar
ist.
20. Anlage nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ein-/Ausschalter (53) mit einem Schaltkontakt im
Stromkreis der Zusatzheizung (20) angeordnet ist und mit einem
Schaltkontaktbetätigungsstößel (55) in den Schwenkweg eines
über den Bedienknopf, vorzugsweise mittels eines Bowdenzugs
(68), schwenkbaren Hebels (66) hineinragt.
21. Anlage nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Schaltkontaktbetätigungsstößel (55) und dem
Schwenkhebel (66) eine federnde Schaltzunge (67) angeordnet
ist und daß der Schwenkhebel (66) an der Schaltzunge (67)
angreift, die ihrerseits den Schaltkontaktbetätigungsstößel
(55) beaufschlagt.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MICRO COMPACT CAR SMART GMBH, 71272 RENNINGEN, DE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |