DE19911547A1 - Elektrische Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem aus mehreren, parallel angeordneten und PTC-Elemente aufweisenden Heizelementen (14) und aus Wellrippen (16), die an den Heizelementen (14) in wärmeleitender Verbindung anliegen, gebildetem Heizblock (18), der über wenigstens ein Federelement (50) verspannt in einem Rahmen (12) gehalten ist. Um eine verbesserte elektrische Heizeinrichtung bereitzustellen, die einfach aufgebaut und kostengünstiger ist, wobei eine gute und gleichmäßige Verspannung der PTC-Elemente enthaltenden Heizelemente gewährleistet sein muß, damit gute elektrische und wärmeleitende Kontakte zwischen den einzelnen Komponenten vorhanden sind und die so gestaltet sein soll, daß die Kraft, mit der der Heizblock verspannt wird, auch die innenliegenden Heizelemente erreicht, damit eine verbesserte Wärmeabfuhr von den PTC-Elementen gewährleistet ist und eine höhere Heizleistung erreicht werden kann, wird vorgeschlagen, daß das Federelement (50) integraler Bestandteil des Heizblocks (18) ist und zwischen zwei Heizelementen (14' und 14'') angeordnet ist.

Description

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

Die Beheizung des Fahrzeuginnenraums bei Kraftfahrzeugen erfolgt üblicherweise 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 unzureichend empfunden wird. Auch durch die Entwicklung neuer, ver­ brauchsoptimierter Motoren, in denen weniger Wärmeenergie anfällt und über das Kühlwasser abgeführt wird, steht zur Fahrzeugheizung eine gerin­ gere Wärmeenergie zur Verfügung, die bei extrem niedrigen Außentempe­ raturen keineswegs zur Fahrzeugheizung ausreicht und die auch bei normalem Heizungsbedarf erst bei erheblicher zeitlicher Verzögerung zu behaglichen Innenraumtemperaturen 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 Fahrzeug­ heizungsanlage und der Fahrzeugkabine ist beispielsweise in dem Aufsatz von Burk, Krauss, Dr. Löhle "Integrales Klimasystem für Elektroauto­ mobile", 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 gehalten in einem Halterahmen, der aus parallel zu den Heizelementen angeordneten äußeren Schienen besteht, die endseitig in Holme eingesteckt sind. Die einzelnen äußeren Schienen und Holme sind zur Bildung des Halterahmens miteinander verbunden. Zur Herstellung eines Wärme­ kontakts 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. Die Kraft mit der die Bleche an die PTC-Elemente und die Heizelemente an ihre benachbarten Wellrippen gepresst werden, ist eine kritische Größe für die Heizleistung.

Nachteilig an dieser bekannten Heizeinrichtung ist, daß die äußeren Schie­ nen speziell zur Aufnahme des Federbandes ausgebildet sein müssen. Es werden immer zwei Federbänder eingesetzt, die sich an den Schienen abstützen. Dadurch werden die außenliegenden Heizelemente und Well­ rippen stärker verspannt als die innenliegenden. Im ungünstigen Fall kann der Kontakt zwischen Wellrippen und Heizelementen und/oder Blechen und PTC-Elementen ungenügend sein, so daß die Leistung der Heizeinrichtung reduziert ist. Dies gilt insbesondere für die in der Mitte angeordneten Heizelemente und Wellrippen.

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. Die auf den Block übertragbaren Spannkräfte sind nur sehr gering.

Aus der DE 197 06 199 ist eine weitere Heizeinrichtung bekannt, bei der das Problem der Verspannung des Heizblocks dadurch gelöst wird, daß ein Rahmen aus thermoplastischem Kunststoff eingesetzt wird, dessen gegen­ überliegenden Längsschenkel nach innen gebogen sind, so daß zwischen diesen der Heizblock eingespannt gehalten werden kann. Ein derartiger Rahmen erlaubt nur geringe Toleranzen in den Heizblockabmessungen und muß genau an den Heizblock angepasst sein. Der Einbau des Heizblocks in den Rahmen ist sehr aufwendig, da die Längsschenkel des Rahmens aus­ einandergebogen gehalten werden müssen, um den Heizblock dazwischen einsetzen zu können.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte, elektrische Heizeinrichtung bereitzustellen, die einfach aufgebaut und kostengünstiger ist, wobei eine gute und gleichmäßige Ver­ spannung der PTC-Elemente enthaltenden Heizelemente gewährleistet sein muß, damit gute elektrische und wärmeleitende Kontakte zwischen den ein­ zelnen Komponenten vorhanden sind. Die Heizeinrichtung sollte so gestaltet sein, daß die Kraft, mit der der Heizblock verspannt wird, auch die innen­ liegenden Heizelemente erreicht, damit eine verbesserte Wärmeabfuhr von den innenliegenden PTC-Elementen gewährleistet ist und eine höhere Heizleistung erreicht werden kann.

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

Wenn erfindungsgemäß das Federelement integraler Bestandteil des Heiz­ blocks und zwischen zwei Heizelementen angeordnet ist, brauchen die Rahmenschenkel keine spezielle Haltevorrichtungen für ein Federelement aufweisen. Da die Spannkraft, mit denen die Heizelemente selbst und mit denen sie gegen die Wellrippen gepresst werden, mit der Entfernung von dem Federelement aufgrund von Reibungskräften abnimmt, kann in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit nur einem Federelement, das vor­ zugsweise etwa in der Mitte des Heizblocks angeordnet ist, so daß etwa gleich viele Heizelemente beidseits des Federelements angeordnet sind, der Heizblock genauso effektiv verspannt werden, wie dies mit zwei, jeweils an einem Rahmenschenkel abgestützten, Federelementen möglich ist.

Wenn der Heizblock sehr groß ist, also eine Vielzahl von Heizelementen und Wellrippen aufweist, können mehrere Federelemente in den Heizblock eingebaut sein, die den Heizblock dann bevorzugt in etwa gleich große Untereinheiten unterteilen. Durch die Anordnung mehrerer Federelemente werden die einzelnen Heizelemente mit ihren benachbarten Wellrippen erheblich besser verspannt, so daß die erfindungsgemäße Heizeinrichtung eine größere Heizleistung aufweist.

Durch die Erfindung können Material und Herstellkosten eingespart werden. Außerdem ist die Montage derartiger Heizeinrichtungen problemlos und gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht, denn in der erfindungs­ gemäßen Ausgestaltung kann das Federelement in einfachster Weise eine Wellrippe ersetzen. Es bedarf daher zur Einführung der erfindungsgemäßen Ausbildung keiner Umkonstruktion bisher bekannter Heizeinrichtungen und deren Herstellverfahren.

In einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung des Federelements ist dies als gewelltes Federband ausgebildet ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Federelement als ein verformter Blechstreifen ausgebildet, der abwechselnd erste und zweite laschenartige Federabschnitte aufweist, deren Endbereiche jeweils in ent­ gegengesetzten Richtungen aus der Ebene des Blechstreifens heraus­ gebogen sind und Fußabschnitte aufweist, wobei sich die Fußabschnitte gegen das eine Heizelement und die Endbereiche der ersten und zweiten Federabschnitte gegen das andere Heizelement abstützen. Ein derart ausgebildetes Federelement hat gegenüber einem gewellten Federband den Vorteil, daß der Luftwiderstand erhöht ist. Bei einem gewellten Federband als Federelement könnte die Luft fast ungehindert im Bereich des Federbandes durch die Heizeinrichtung strömen, wodurch die Luft an dieser Stelle nur mangelhaft aufgeheizt würde. Dies wird durch die genannte Ausbildung des Federelementes mit Fuß- und Federabschnitten verhindert. Mit einem derartigen Federelement wird eine verbesserte Verspannung über die volle Länge der Heizelemente und eine verbesserte Pressung der Heizelemente an die Wellrippen. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Leistungsabgabe der Heizeinrichtung.

Wenn das Federelement Durchbrechungen aufweist, kann der luftseitige Druckabfall im Bereich des Federelements dem Druckabfall im Bereich des restlichen Heizblocks angepasst werden durch Größe und Anzahl der Durchbrechungen. Dabei können die Durchbrechungen als einfache Löcher oder als kiemenartige Durchbrechungen ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung wird in erster Linie in Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs eingesetzt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung von der Luftanströmseite gesehen;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Federelements der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung;

Eine in Fig. 1 dargestellte Heizeinrichtung 10 weist mehrere in einem Rahmen 12 aufgenommene Heizelemente 14 und zwischen den Heiz­ elementen angeordnete Wellrippen 16, die zusammen einen Heizblock 18 bilden, auf. Die Wellrippen 16 sind bevorzugt als Kiemenwellrippe zur Erhö­ hung der Wärmeübertragungsleistung ausgebildet, wobei eine Wellrippen­ höhe von 8 bis 16 mm und eine Wellrippentiefe, also Tiefe des Heizblocks 18, von 8 bis 14 mm bevorzugt ist.

Ein jeweiliges Heizelement 14 ist aufgebaut, wie es in der DE 197 32 010 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich in diese Beschreibung mit aufgenommen ist. Das Heizelement 14 besteht dabei aus zwei parallel verlaufenden Blechen, zwischen denen sich mehrere PTC- Elemente befinden. Die PTC-Elemente sind gegen Verrutschen durch ein Dichtprofil sicher gehalten und gegen Feuchtigkeit geschützt. Das Dichtprofil ist aus einem extrudierten Endlosprofil, bevorzugt aus Silikon bestehend, hergestellt, das auf die dem Heizelement 14 entsprechende Länge zuge­ schnitten ist und in das Durchbrechungen eingestanzt sind, in denen die PTC-Elemente positioniert und auf Abstand gehalten sind. Das Dichtprofil weist an seinen Längsrändern Rastlippen auf, die die Längsränder der Bleche umgreifen, so daß das Heizelement 14 im zusammengesetzten Zustand durch die über die Rastlippen gehaltene Bleche zusammengehalten ist.

Der Rahmen 12 besteht aus parallel zu den Heizelementen 14 angeord­ neten Längsschenkeln 30 und 32 sowie senkrecht dazu angeordneten Querschenkeln 34 und 36. Die Querschenkel 34 und 36 bestehen jeweils aus zwei Querschenkelhälften 38' und 40' bzw. 38" und 40". An ihren Enden weisen die Querschenkelhälften 38 und 40 jeweils eine Anlagefläche auf, wobei gegenüberliegende Anlageflächen jeweils einen Winkel einschließen, der zum Heizblock 18 hin geöffnet ist. Zwischen diesen Anlageflächen sind die Längsschenkel 30 und 32 gehalten, die wenigstens an ihren mit den Querschenkeln 34 und 36 verbundenen Enden im Querschnitt wenigsten einen keilartigen Bereich aufweisen, wobei der Winkel des Keils dem vorge­ nannten Winkel der gegenüberliegenden Anlageflächen der Querschenkel 30 und 32 entspricht. Bevorzugt sind die Längsschenkel als Profil ausge­ bildet mit trapez- oder dreieckförmigem Querschnitt. Längsschenkel 30 und 32 und Querschenkel 34 und 36 sind über Verbindungsmittel, wie Schrauben, Nieten o. dgl., die durch vorbereitete Öffnungen 42, 44, 46, 48 hindurchsteckbar sind, an ihren Enden zur Bildung des geschlossenen Rahmens 12 miteinander verbunden. Die Rahmenschenkel bestehen bevor­ zugt aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium und sind als Strangpreßprofile ausgebildet.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt zwölf Heizelemente 14 dargestellt. Zwischen den beiden mittleren Heizelementen 14' und 14" ist erfindungsgemäß anstelle einer Wellrippe 16 ein Feder­ element 50 angeordnet, dessen Abmessungen in etwa denen einer WeIl­ rippe 16 entspricht. Das Federelement 50 ist damit in den Heizblock 18 inte­ griert. Das Federelement 50 übt auf die in Fig. 1 links von dem Federelement 50 angeordneten Heizelemente 14 eine Kraft in Richtung auf den Längs­ schenkel 30 aus und in entsprechender Weise auf die anderen Heiz­ elemente 14 eine Kraft in Richtung auf den Längsschenkel 32. Dadurch werden in den einzelnen Heizelementen 14 die Bleche an die PTC-Elemente und die Heizelemente 14 an die Wellrippen 16 gepresst zur Herstellung von elektrischen und thermischen Kontakten.

Das Federelement 50 ist in einer ersten in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ form der Erfindung als gewelltes Federband 52 ausgebildet. Bevorzugt ist das Federelement 50 aber als Blechstreifen 54 mit verformten Feder­ abschnitten ausgebildet, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Blechstreifen 54 weist an seiner einen Längsseite erste und zweite laschenartige Federabschnitte 56 und 58 und an seiner anderen Längsseite abwechselnd in entgegen­ gesetzte Richtungen um ca. 90° abgewinkelte erste und zweite Fuß­ abschnitte 60 und 62 auf. Die Federabschnitte 56 und 58 weisen End­ bereiche 64 und 66 auf, die jeweils in entgegengesetzten Richtungen aus der Ebene des Blechstreifens 54 herausgebogen sind.

Im in die Heizeinrichtung 50 eingebauten Zustand des zum Federelement 50 verformten Blechstreifens 54 stützen sich die Fußabschnitte 60 und 62 an dem einen benachbarten Heizelement ab und die Endbereiche 64 und 66 der Federabschnitte 56 und 58 an dem anderen benachbarten Heizelement ab, so daß durch die Federkraft des verformten Blechstreifens 54 der Heiz­ block 18 verspannt wird.

In einer Ausführungsform kann das Federelement 50 Durchbrechungen aufweisen, die als einfache Löcher oder kiemenartig ausgebildet sein können. Die Anzahl, Verteilung und Größe der Durchbrechungen bzw. Löcher kann so gewählt werden, daß der luftseitige Druckabfall im Bereich des Federelementes 50 dem luftseitigen Druckabfall in Bereichen, wo die Wellrippen 16 angeordnet sind, angepasst ist.

Über die Bleche, zwischen denen die PTC-Elemente angeordnet sind, ist den PTC-Elementen Strom zuführbar, wie dies in der Zeichnung zwar nicht dargestellt aber in der DE 197 32 010 ausführlich im Prinzip beschrieben ist, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. In der Fig. 2 sind ledig­ lich die Enden 70 der stromzuführenden Bleche zu sehen, die von den Querschenkeln 34 und 36 aufgenommen sind.

Claims (7)

1. Elektrische Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem aus mehreren, parallel angeordneten und PTC-Elemente aufweisenden Heizelementen (14) und aus Wellrippen (16), die an den Heiz­ elementen (14) in wärmeleitender Verbindung anliegen, gebildetem Heizblock (18), der über wenigstens ein Federelement (50) verspannt in einem Rahmen (12) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (50; 52; 54) integraler Bestandteil des Heizblocks (18) ist und zwischen zwei Heizelementen (14' und 14") angeordnet ist.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (50; 52) etwa in der Mitte des Heizblocks (18) angeordnet ist, so daß etwa gleich viele Heizelemente (14) beidseits des Federelements (50; 52) angeordnet sind.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (50) als gewelltes Federband (52) ausgebildet ist.

4. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (50) als ein verformter Blechstreifen (54) aus­ gebildet ist, der abwechselnd erste und zweite laschenartige Feder­ abschnitte (56 und 58) aufweist, deren Endbereiche (64 und 66) jeweils in entgegengesetzten Richtungen aus der Ebene des Blech­ streifens herausgebogen sind und Fußabschnitte (60 und 62) auf­ weist, wobei sich die Fußabschnitte (60 und 62) gegen das eine Heiz­ element und die Endbereiche (64 und 66) der ersten und zweiten Federabschnitte (56 und 58) gegen das andere Heizelement abstüt­ zen.

5. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement Durchbrechungen aufweist.

6. Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen kiemenartig ausgebildet sind.

7. Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer elek­ trischen Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.