DE19925757A1 - Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

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Abstract

Eine Heizeinrichtung mit einem von einem Rahmen umgebenen und von zu erwärmender Luft durchströmbaren Heizblock, in dem mehrere elektrische Heizelemente angeordnet sind, die durch eine mit wärmeabgebenden Steuerkomponenten versehene Steuervorrichtung ansteuerbar sind, ist bekannt. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die wärmeabgebenden Steuerkomponenten in dem Heizblock räumlich integriert. DOLLAR A Einsatz als Zusatzheizung zur Erwärmung eines Fahrzeuginnenraumes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem Rahmen umgebenen und von zu erwärmender Luft durchströmbaren Heizblock, in dem mehrere elektrische Heizelemente angeordnet sind, die durch eine mit wärmeabgebenden Steuerkomponenten versehene Steuer­ vorrichtung ansteuerbar sind.
Eine solche Heizeinrichtung ist aus der DE 197 38 318 A1 ins­ besondere für den Einsatz als Zusatzheizung für ein Kraft­ fahrzeug bekannt, um bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs eine schnelle Aufheizung des Fahrzeuginnenraumes zu erzielen. Die Heizeinrichtung weist mehrere zu einem Heizblock zusam­ mengesetzte PTC-Heizeinheiten auf, zwischen denen jeweils Wellrippen angeordnet sind, die von der zu erwärmenden Luft durchströmt werden. Der Heizblock einschließlich PTC-Heiz­ einheiten und Wellrippen ist von einem Rahmen umgeben. An dem Rahmen ist eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung der PTC- Heizeinheiten gehalten. Dabei sind an einem Seitenabschnitt des Rahmens auf der dem Heizblock gegenüberliegenden Seite Kühlkörper angeordnet, mit denen Leistungstransistoren der Steuervorrichtung verbunden sind. Die Leistungstransistoren stellen wärmeabgebende Steuerkomponenten dar. Durch die Kühl­ körper, die zumindest teilweise im Luftstrom eines davorlie­ genden Wärmeübertragers angeordnet sind, ist gewährleistet, daß die die Kühlkörper umströmende Luft auch für eine Kühlung der Leistungstransistoren sorgt. Gleichzeitig dient die von den Leistungstransistoren an die umströmende Luft abgegebene Wärme dazu, eine ergänzende Aufwärmung der für den Fahrzeug­ innenraum vorgesehenen Luft zu gewährleisten.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizeinrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die einen gegenüber dem Stand der Technik vereinfachten Aufbau aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die wärmeabgebenden Steuerkomponenten in dem von dem Rahmen umgebenen Raum im Be­ reich des Heizblockes integriert sind. Durch die räumliche Integration der wärmeabgebenden Steuerkomponenten in dem Heizblock und damit in dem von dem Rahmen umgebenen Raum wird unabhängig von der Anordnung der Heizeinrichtung hinter einem entsprechend größer gestalteten Wärmeübertrager eine Luftum­ strömung der wärmeabgebenden Steuerkomponenten erzielt, wo­ durch eine Kühlung der Steuerkomponenten und gleichzeitig ei­ ne ergänzende Aufwärmung der zu erwärmenden Luft durch einen äußerst einfachen Aufbau erreicht wird. Die Steuerkomponenten können entweder direkt an entsprechenden Teilen des Heizbloc­ kes oder aber an einer Innenseite des Rahmens gehalten sein.
In Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens einem Heizele­ ment oder wenigstens einer Gruppe von wenigstens zwei Heize­ lementen jeweils ein elektronisches Schaltelement, insbeson­ dere ein Leistungstransistor, als wärmeabgebende Steuerkompo­ nente zugeordnet, das elektrisch leitend mit dem jeweiligen Heizelement oder der jeweiligen Gruppe von Heizelementen ver­ bunden ist. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für die Steuerung von PTC-Heizeinheiten, wobei die Steuervorrich­ tung eine mit den elektronischen Schaltelementen, insbesonde­ re den Leistungstransistoren, versehene Leistungselektronik sowie eine der Leistungselektronik zugeordnete Ansteuerlogik aufweist, wie dies grundsätzlich aus der DE 197 38 318 A1 be­ reits bekannt ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Heizelemente mit in Längsrichtung der Heizelemente stirnseitig abragenden, elektrisch leitenden Kontaktierungsfortsätzen versehen, an denen die jeweiligen elektronischen Schaltelemente gehalten sind. Als elektrisch leitende Kontaktierungsfortsätze werden vorzugsweise die Kontaktbleche, die bei den PTC-Heizeinheiten ohnehin entsprechende Deck- oder Bodenabschnitte bilden, in einfacher Weise zu einem Stirnende hin verlängert. Dadurch ist eine einfache und sichere Halterung der elektronischen Schaltelemente gewährleistet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektroni­ schen Schaltelemente auf den Kontaktierungsfortsätzen kraft-, stoff- oder formschlüssig festgelegt. Geeignete Verbindungs­ möglichkeiten sind insbesondere Verkleben, Verlöten, Klemmen, Vernieten oder Verschrauben.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die elektroni­ schen Schaltelemente an den Kontaktierungsfortsätzen durch Klammeranordnungen gesichert. Die Klammeranordnungen um­ schließen die elektronischen Schaltelemente zumindest ab­ schnittsweise, so daß insbesondere eine formschlüssige Siche­ rung erzielbar ist. Die Klammeranordnungen sind vorzugsweise als Kühlkörper gestaltet, indem sie aus wärmeleitendem Mate­ rial, vorzugsweise Metall, hergestellt sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Klammeran­ ordnungen mit Leitbrücken zu jeweils einem Kontaktierungs­ fortsatz eines benachbarten Heizelementes versehen. Dadurch ist es möglich, mit einfachen Mitteln wenigstens zwei Heiz­ elemente parallel oder in Reihe zu schalten, so daß ein ein­ zelnes elektronisches Schaltelement für das Ein- oder Aus­ schalten einer Gruppe von wenigstens zwei Heizelementen vor­ gesehen ist. Die Anzahl der einzusetzenden, elektronischen Schaltelemente kann dadurch reduziert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Klammeran­ ordnungen in einem Seitenabschnitt des Rahmens verankert. Da­ durch sind die elektronischen Schaltelemente sowohl mit den Kontaktierungsfortsätzen des Heizblockes als auch mit dem Rahmen verbunden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Klammeran­ ordnungen kraft- oder stoffschlüssig auf jeweils zwei benach­ barte Kontaktierungsfortsätzen gehalten. Dadurch können die Klammeranordnungen, falls sie elektrisch leitend gestaltet sind, direkt auch die Leitbrücken für die elektrische Verbin­ dung von zwei benachbarten Heizelementen bilden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Klammeran­ ordnungen mit form- oder kraftschlüssig wirksamen Halteab­ schnitten zur Sicherung der elektronischen Schaltelemente versehen. In einfacher Weise können daher die Klammeranord­ nungen sowohl zur elektrisch leitenden Verbindung von zwei Heizelementen als auch zur Sicherung jeweils eines elektroni­ schen Schaltelementes eingesetzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Heizblock mit zwischen den Heizelementen verlaufenden Wellrippen versehen, die sich zwischen jeweils zwei Kontaktierungsfortsätzen be­ nachbarter Heizelemente verlängert erstrecken. Dadurch wird insbesondere im Bereich der Anordnung der elektronischen Schaltelemente eine besonders gute Wärmeabfuhr sowie eine Stützung der Kontaktierungsfortsätze gewährleistet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Seitenab­ schnitt des Rahmens Datenübertragungsmittel zur Ansteuerung der elektronischen Schaltelemente innerhalb des Schaltblockes integriert. Stromversorgungs- sowie Datenbusleitungen verlau­ fen somit innerhalb des Seitenabschnittes des Rahmens, wobei an der Außenseite des Rahmens ein entsprechender Steckan­ schluß vorgesehen sein kann.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das anhand der Zeichnungen dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Heizeinrichtung mit einem aus PTC- Heizeinheiten und dazwischenliegenden Wellrippen gebildeten Heizblock und
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt der Heizeinrichtung nach Fig. 1.
Eine Heizeinrichtung 1 nach den Fig. 1 und 2 ist für den Ein­ satz in einem Kraftfahrzeug als Zusatzheizung vorgesehen, um die in den Fahrzeuginnenraum zu führende Luft aufzuheizen, solange die vom Heiz- und Kühlkreislauf des Verbrennungsmo­ tors des Kraftfahrzeugs abgegebene Wärme noch nicht aus­ reicht, um eine ausreichende Erwärmung des Fahrzeuginnenrau­ mes zu erzielen. Die Heizeinrichtung weist einen Heizblock 2 auf, der aus mehreren parallel zueinander angeordneten elek­ trischen Heizelementen in Form von PTC-Heizeinheiten 5 sowie einer Vielzahl von zwischen diesen PTC-Heizeinheiten 5 ange­ ordneten Wellrippen 6 zusammengesetzt ist. Der Heizblock 2 ist in einem Rahmen 3, 4 gehalten, der den Heizblock 2 voll­ ständig umgibt. Vom grundsätzlichen Aufbau des Heizblockes her entspricht die Heizeinrichtung 1 einer elektrischen Heiz­ einrichtung, wie sie aus der DE 197 38 318 A1 oder aus der DE 44 34 613 A1 bekannt ist.
Den PTC-Heizeinheiten 5 ist eine aus einer Ansteuerlogik und einer Leistungselektronik zusammengesetzte Steuervorrichtung zugeordnet, wobei wärmeabgebende Steuerkomponenten, vorlie­ gend elektronische Schaltelemente in Form von Leistungstran­ sistoren 7, innerhalb des Rahmens 3, 4 in dem für den Heiz­ block 2 vorgesehenen Bereich räumlich integriert sind. Alle Leistungstransistoren 7 sind über nicht näher bezeichnete Da­ tenübertragungsleitungen mit einem Seitenabschnitt 4 des Rah­ mens 3, 4 verbunden und in einem zu dem Seitenabschnitt 4 be­ nachbarten Bereich der Heizblockes 2 positioniert. In dem Seitenabschnitt 4 sind zugehörige Datenübertragungsleitungen wie auch entsprechende Stromversorgungsleitungen integriert, wobei eingangsseitig ein Steckanschluß 10 für die Datenüber­ tragungsleitungen an einer Außenseite des Seitenabschnittes 4 des Rahmens 3, 4 angeordnet ist.
Die zur Steuerung der PTC-Heizeinheiten 5 vorgesehenen Lei­ stungstransistoren 7 sind jeweils mit einem Kontaktierungs­ fortsatz 8 der zugeordneten PTC-Heizeinheiten 5 verbunden. Diese Kontaktierungsfortsätze 8 sind als stirnseitige Verlän­ gerungen von in den PTC-Heizeinheiten 5 integrierten Kontakt­ blechen gestaltet, die über das jeweilige Hüllprofil der PTC- Heizelemente zu dem Seitenabschnitt 4 des Rahmens 3, 4 hinaus abragen und die PTC-Elemente innerhalb der PTC-Heizeinheiten beidseitig abdecken.
Zur Verbindung der Leistungstransistoren 7 mit den Kontaktie­ rungsfortsätzen 8 sind diese entweder stoffschlüssig, vor­ zugsweise durch Verklebung, oder formschlüssig durch Vernie­ tung oder Verschraubung oder schließlich kraftschlüssig durch Klemmung auf den Kontaktierungsfortsätzen 8 festgelegt. Nach Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind insgesamt fünf Leistungstransistoren 7 vorgesehen, denen jeweils fünf Grup­ pen a, b, c, d, e von jeweils zwei PTC-Heizeinheiten 5 zuge­ ordnet sind. Alle Leistungstransistoren 7 sind mittels unter­ schiedlicher Klammeranordnungen 9a bis 9e auf den Kontaktie­ rungsfortsätzen 8 gesichert.
Zwei benachbarte Heizelemente 5 sind durch jeweils eine Klam­ meranordnung 9a bis 9e elektrisch leitend miteinander verbun­ den, indem jeweils eine der beiden die PTC-Heizeinheiten zwi­ schen sich einschließenden Kontaktbleche als Kontaktierungs­ fortsatz 8 bzw. 17 in Richtung des Seitenabschnittes 4 des Rahmens 3, 4 hin verlängert ist. Beim dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel sind dies jeweils die einander zugewandten Kon­ taktbleche der benachbarten Heizelemente 5, so daß durch die mittels der jeweiligen Klammeranordnung 9a bis 9e gebildete Leitbrücke jeweils eine Reihenschaltung zwischen den benach­ barten Heizelementen jeder Gruppe a bis e gebildet wird. Um zum einen eine Stabilisierung und Stütze der von der Leit­ brücke der jeweiligen Klammeranordnung 9a bis 9e übergriffe­ nen Kontaktierungsfortsätze 8, 17 und zum anderen auch im Be­ reich der verlängerten Kontaktierungsfortsätze 8, 17 eine gu­ te Wärmeabführung zu erzielen, sind die Wellrippen 6 im Be­ reich zwischen den jeweils benachbarten Kontaktierungsfort­ sätzen 8, 17 bis etwa zu den Stirnenden der Kontaktierungs­ fortsätze 8, 17 hin fortgeführt. Die Leistungstransistoren 7 sind jeweils auf der der verlängerten Wellrippe 6 abgewandten Außenseite des jeweiligen Kontaktierungsfortsatzes 8 angeord­ net.
Zur ergänzenden Sicherung oder zur alleinigen Halterung der Leistungstransistoren 7 an den Kontaktierungsfortsätzen 8 ist jede Klammeranordnung 9a bis 9e mit jeweils einem laschenar­ tigen Halteabschnitt 11, 12, 13, 14, 15 versehen, der den Leistungstransistor 7 zumindest abschnittsweise umgibt und formschlüssig sichert. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 sind alle Leistungstransistoren 7 mit unterschiedlichen Halteabschnitten 11 bis 15 gesichert und/oder festgelegt, wo­ bei für eine in der Praxis zum Einsatz kommende Ausführung vorzugsweise lediglich eine einzelne Gestaltung eines Halte­ abschnittes vorgesehen sein wird, die für die Halterung und/oder Sicherung aller Leistungstransistoren gleich gestal­ tet ist. Die Halteabschnitte 11 bis 15 können noch eine Klemmkraft auf die Leistungstransistoren 7 aufbringen, indem sie aufgrund ihrer Laschenform in gewissen Grenzen elastisch nachgiebig gestaltet sind. Die Halteabschnitte 11, 12 und 15 der Klammeranordnungen 9a, 9b und 9e sind zusätzlich mittels eines Stützsteges 16 an dem Seitenabschnitt 4 des Rahmens 3, 4 verankert, um etwaige Beanspruchungen der Anschlußleitungen des jeweiligen Leistungstransistors 7 zu reduzieren.
Da sowohl die Kontaktierungsfortsätze 8, 17 als auch die Klammeranordnungen 9a bis 9e einschließlich der Halteab­ schnitte 11 bis 15 aus einem sowohl elektrisch als auch wär­ meleitenden Material, vorzugsweise Metall, hergestellt sind, bildet die Halteabschnitte 11 bis 15 wie auch die Kontaktie­ rungsfortsätze 8 Kühlkörper für die Leistungstransistoren 7, indem sie mit ihren flächig anliegenden Bereichen entspre­ chende Wärme des Leistungstransistors 7 im Betrieb zusätzlich zu der Luftumströmung ableiten können. Dies umso besser, als die Wellrippen bis in den Anordnungsbereich der Lei­ stungstransistoren 7 verlängert sind. Da die Leistungstransi­ storen 7 innerhalb des durch den Rahmen 3, 4 umgrenzten und damit vollständig von Luft durchströmten Raumes angeordnet sind, ergibt sich in besonders einfacher Weise eine gute Küh­ lung der Leistungstransistoren 7 bei gleichzeitiger zusätzli­ cher Erwärmung der durchströmenden Luft.

Claims (11)

1. Heizeinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem von einem Rahmen umgebenen und von zu erwärmender Luft durchströmbaren Heizblock, in dem mehrere elektrische Heize­ lemente angeordnet sind, die durch eine mit wärmeabgebenden Steuerkomponenten versehene Steuervorrichtung ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeabgebenden Steuer­ komponenten (7) in dem von dem Rahmen (3, 4) umgebenen Raum im Bereich des Heizblockes (2) integriert sind.
2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Heizelement (5) oder wenigstens einer Gruppe (a bis e) von wenigstens zwei Heizelementen (5) je­ weils ein elektronisches Schaltelement, insbesondere ein Lei­ stungstransistor (7), als wärmeabgebende Steuerkomponente zu­ geordnet ist, das mit dem jeweiligen Heizelement (5) oder der jeweiligen Gruppe (a bis e) von Heizelementen (5) verbunden ist.
3. Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (5) mit in Längsrichtung der Heizelemen­ te (5) stirnseitig abragenden, elektrisch leitenden Kontak­ tierungsfortsätzen (8) versehen sind, an denen die jeweiligen elektronischen Schaltelemente (7) gehalten sind.
4. Heizeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltelemente (7) auf den Kontaktie­ rungsfortsätzen (8) kraft-, stoff- oder formschlüssig festge­ legt sind.
5. Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schaltelemente (7) an den Kontaktie­ rungsfortsätzen (8) durch Klammeranordnungen (9a bis 9e) ge­ sichert sind.
6. Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammeranordnungen (9a bis 9e) mit Leitbrücken zu je­ weils einem Kontaktierungsfortsatz (17) eines benachbarten Heizelementes (5) versehen ist.
7. Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammeranordnungen (9a, 9b, 9e) in einem Seitenab­ schnitt (4) des Rahmens (3, 4) verankert sind.
8. Heizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammeranordnungen (9a bis 9e) kraft- oder stoff­ schlüssig auf jeweils zwei benachbarten Kontaktierungsfort­ sätzen (8, 17) gehalten sind.
9. Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Klammeranordnungen (9a bis 9e) mit form- und/oder kraftschlüssig wirksamen Halteabschnitten (11 bis 15) zur Si­ cherung der elektronischen Schaltelemente (7) versehen sind.
10. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizblock (2) mit zwischen den Heizelementen (5) verlaufenden Wellrippen (6) versehen ist, die sich zwischen jeweils zwei Kontaktierungsfortsätzen (8, 17) benachbarter Heizelemente (5) verlängert erstrecken.
11. Heizeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Seitenabschnitt (4) des Rahmens (3, 4) Datenübertragungsmittel zur Ansteuerung der elektronischen Schaltelemente (7) innerhalb des Heizblockes (2) integriert sind.
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