DE19933013A1 - PTC-Heizelement mit Heizzonen - Google Patents

Abstract

PTC-Heizregister (10) mit mehreren in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC-Elementen (14), wobei zwischen zumindest zwei in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC-Elementen eine elektrische Isolation (18, 19) vorgesehen ist, um im wesentlichen voneinander unabhängige Heizzonen (A, B, C, D) zu bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein PTC-Heizregister mit mehreren in Reihe und/oder par­ allel angeordneten PTC-Elementen. Solche Heizregister werden zur Zeit als Zusatzheizungen in Fahrzeugen zum Heizen des Kühlmittels oder der direkten Beheizung der Luft für die Fahrgastinnenraumtemperierung eingesetzt. Bei Fahrzeugen ohne nutzbare Abwärme kann die elektrische Beheizung auch insgesamt zur Temperierung der Luft des Fahrzeug­ innenraumes verwendet werden. Üblicherweise werden PTC-Heizregister in solch einer Wei­ se angeordnet, daß sie einem motorseitigen Radiator nachgeschaltet sind, wobei sie üblicher­ weise den gesamten Luftstrom auf die gewünschte Endtemperatur aufheizen. Mittels geeig­ neter Ansteuerung kann die Heizleistung stufenartig durch Ansteuern von Heizkreisen oder stufenlos, z. B. mittels einer Kaskadenschaltung, mit Strom versorgt bzw. beaufschlagt wer­ den.

Ein solches bekanntes PTC-Heizregister ist in Fig. 1 beim Bezugszeichen 10 dargestellt. In an und für sich klassischer Weise umfaßt das PTC-Heizregister 10 einen Rahmen mit zwei Seitenteilen 12 und 13, die die Steuerelektronik zur Kontaktierung von einzelnen oder grup­ penweise zusammengefaßten PCT-Bausteinen 14 enthalten. Zwischen den Seitenteilen 12 und 13 erstrecken sich üblicherweise mehrere parallel geschaltete Stränge von in Serie oder Reihe geschalteten PTC-Bausteinen 14. Zwischen jeweiligen Strängen an PTC-Bausteinen 14 sind üblicherweise Radiatoren in der Form von Lamellen angeordnet, die optional auch als Pol für die einzelnen PTC-Bausteine dienen können.

In letzter Zeit ist in der Fahrzeugindustrie die Anforderung erwachsen, daß in dem Fahrzeug unterschiedliche Belüftungs- und Beheizungszonen bereitgestellt werden müssen. z. B. eine Trennung bei der Temperierung zwischen Fahrer und Beifahrerseite oder auch zwischen Front- und Fondbereich. Um diesen Anforderungen genügen zu können, wurden bisher je­ weils separate Einrichtungen für die jeweiligen zu temperierenden Zonen vorgesehen. Im Kraftfahrzeugbereich ist jedoch der zur Verfügung stehende Einbauraum dermaßen be­ schränkt, daß diese Lösung auf Dauer nicht tragbar ist, zudem ein erheblicher Logistik- und Montageaufwand für die vielen unterschiedlichen Teile besteht.

Die Anmelderin hat daher versucht, die Funktion von zwei PTC-Heizregistern in einem PTC- Heizregister zu kombinieren. Das grundsätzliche Prinzip dieser Lösung ist in Fig. 2 dar­ gestellt. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten PTC-Heizregister sind mehrere in Reihe und par­ allel geschaltete PTC-Heizelemente 14 zwischen den Seitenteilen 12 und 13 angeordnet. Die jeweiligen Stränge von PTC-Heizelementen 14 erstrecken sich jedoch maximal bis zur Hälfte des PTC-Heizregisters 10, wobei die Kontaktierung gruppenweise abwechselnd über die je­ weiligen Seitenteile 12 und 13 erfolgt, so daß generell eine Aufteilung in jeweils eine rechte und linke Hälfte gegeben ist. Die einzelnen Heizzonen der linken Seite A und C können ge­ gebenenfalls über eine geeignete im Seitenteil 13 integrierte Steuerung gemeinsam oder ein­ zeln mit Strom versorgt werden. Selbiges gilt für die Heizzonen B und D der rechten Seite. Demzufolge wird mit dieser Lösung ein 4-Zonen-PTC-Heizregister bereitgestellt, welches jedoch nicht die gesamte verfügbare Einbaufläche ausnutzen kann.

Es besteht daher ein Bedarf für ein verbessertes PTC-Heizregister, welches bei optimaler Ein­ bauraumausnutzung und bei minimaler Teilezahl eine verbesserte Einstellung durch Fahrzeu­ ginsassen ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, solch ein PTC- Heizregister in der zuvor genannten Weise derart weiterzubilden, daß zur Ansteuerung eine relativ einfache Elektronik genügt.

Erfindungsgemäß werden die zuvor genannten Aufgaben durch ein PTC-Heizregister mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Insbesondere schlägt die Erfindung ein PTC-Heizregister mit mehreren in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC-Elementen vor, welches sich dadurch auszeichnet, daß zwischen zumindest zwei in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC-Elementen eine elektrische Isolation vorgesehen ist, um im wesentlichen voneinander unabhängige Heizzonen zu bilden. Wenn eine elektrische Isolation zwischen zwei in Serie angeordneten PTC-Elementen ver­ wendet wird, kann sich diese im wesentlichen als eine einstückige Isolation oder als mehrere Einzelisolationen durch einen Teil oder das gesamte Register erstrecken. In ähnlicher Weise kann sich eine zwischen parallel geschalteten PTC-Elementen angeordnete Isolation quer durch das gesamte Register erstrecken. Wenn beide Arten an elektrischer Isolation vorgese­ hen sind, kann z. B. eine Anordnung von vier großen- und leistungsmäßig entsprechenden Heizzonen bereitgestellt werden.

Vorteilhafterweise wird mittels thermischer Isolation an entsprechenden Stellen zu der elek­ trischen Isolation zusätzlich eine thermische Entkopplung der einzelnen Heizzonen gewähr­ leistet. Durch die somit bereitgestellte thermische Entkopplung wird eine wechselseitige Be­ einflussung der Heizzonen praktisch ausgeschlossen.

Vorteilhafterweise sind jeweils beidseitig einer Isolation befindliche PTC-Elemente über se­ parate Steuerschaltungen insgesamt und/oder gruppenweise beaufschlagbar. Beispielhaft könnte bei einer Aufteilung in eine rechte und linke Heizzone jeweils eine Steuerschaltung in dem rechten und linken Seitenteil integriert werden. Die gruppenweise Stromversorgung bzw. -beaufschlagung innerhalb einer Heizzone ermöglicht es zudem, unterschiedliche Heiz­ leistungen oder auch Temperaturprofile innerhalb der Heizzone bereitzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind Mittel vorgesehen, um einen das Heizregister beaufschlagenden Luftstrom entsprechend den gebildeten Heizzonen aufzuteilen. In dieser Weise wird eine Vermischung von unterschiedlich aufgeheizten Luftströmen vermieden, so daß diese Aufteilung des Luftstromes die Funktion von aufgeteilten Heizzonen weiter unter­ stützt. Die Aufteilung kann flußaufwärtsliegend und/oder flußabwärtsliegend des PTC- Heizregisters erfolgen.

In zumindest einem Teilluftstrom, insbesondere in jedem Teilluftstrom, kann ein Luft­ stromsteuermittel, z. B. eine Klappen-, Schalen- oder Lamellenanordnung, vorgesehen sein, um eine jeweils zonenspezifische Beaufschlagung und/oder einen zonenspezifischen Durch­ satz zu erhalten.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist für zumindest einen Teilluftstrom, ins­ besondere für jeden Teilluftstrom, zumindest ein Temperatursensor vorgesehen, so daß die Heizleistung und/oder der Luftdurchsatz abhängig von der nach und/oder vor dem Heizregi­ ster jeweils vorliegenden Temperatur durch Verändern der jeweiligen elektrischen Leistung und/oder durch Einstellen der Luftstromsteuermittel verändert bzw. angepaßt werden kann.

Schließlich ist es bevorzugt, daß das PTC-Heizregister mit einem von einer anderen Wärme­ quelle gespeisten Radiator kombiniert ist, und insbesondere in diesen integriert ist. Durch die Kombination bzw. Integration des PTC-Heizregisters in bzw. mit einem anderen Radiator kann eine weitere Bauraumeinsparung und Teilereduzierung erreicht werden. Beispielhaft kann das PTC-Heizregister mit dem Heizkörper eines motorseitigen Kühlkreises kombiniert werden, indem beide Elemente hintereinander geschaltet miteinander zu einer konstruktiven Einheit verbunden werden. Alternativ ist es auch möglich, eine ineinandergreifende Struktur aus dem PTC-Heizregister und dem anderen Radiator vorzusehen.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der erfindungsgemäßen Lösung bei mini­ malen Bauraumanforderungen und bei minimaler Teilezahl die Bereitstellung von ver­ schiedenen Heizzonen zur unterschiedlichen Temperierung von unterschiedlichen Fahr­ gastbereichen auch über einfache Ansteuerelektronik gewährleistet werden kann.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger derzeit bevorzugter Ausführungsformen, welche unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, in welchen gilt:

Fig. 1 zeigt ein PTC-Heizregister gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt einen Verbesserungsvorschlag der Anmelderin auf der Basis des in Fig. 1 gezeigten PTC-Heizregisters.

Fig. 3 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, in der zwei ne­ beneinander angeordnete Heizzonen bereitgestellt sind.

Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen PTC- Heizregisters, wobei zwei übereinander angeordnete Heizzonen bereitgestellt sind.

Fig. 5 zeigt noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen PTC-Heizregisters, bei welchem vier voneinander unabhängige Heizzonen be­ reitgestellt sind.

In Fig. 3 ist ein PTC-Heizregister 10 als eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfin­ dung in schematischer Aufsicht dargestellt. Die Ansicht erfolgt in der Richtung, in welcher das PTC-Heizregister 10 mit Luft beaufschlagt wird, die z. B. vorangehend durch den Heiz­ körper eines motorseitigen Kühlmittelkreises getreten ist. Obwohl nicht dargestellt, kann flußaufwärts liegend des PTC-Heizregisters eine Einrichtung vorgesehen sein, die den Beauf­ schlagungsluftstrom in einen rechten und linken Teil aufteilt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine ebenfalls nicht dargestellte Einrichtung zur Aufteilung der durch das Register 10 getretenen Luft dem Register nachgeschaltet sein.

Das PTC-Heizregister 10 umaßt in klassischer Weise einen Rahmen mit Seitenteilen 12 und 13, wobei zwischen diesen eine Vielzahl von PTC-Elementen 14 angeordnet sind. Wie bei dem in Fig. 1 gezeigten PTC-Heizregister gemäß dem Stand der Technik sind die PCT- Elemente 14 strangweise in Serie angeordnet, wobei mehrere Stränge parallel zueinander an­ geordnet sind. Erfindungsgemäß wird jeder Strang durch eine Isolation 18 im wesentlichen mittig unterbrochen, so daß die PTC-Elemente 14 in zwei Gruppen an PTC-Elementen 14a und 14b aufgeteilt werden. Den jeweiligen PTC-Elementen 14a und 14b sind Radiator­ abschnitte 16a und 16b zugeordnet, wobei die Radiatoren 16a und 16b ebenfalls mittels einer Isolation (nicht dargestellt) thermisch voneinander getrennt sein können.

Die PTC-Elemente 14a der linken Seite werden mittels einer in dem Seitenteil 13 integrierten Steuerschaltung beaufschlagt, wobei wie angedeutet mittels der Schaltung 4 linke Heizzonen A1, A2, A3, A4 bereitgestellt sind. Auf der rechten Seite ist eine entsprechende Anordnung mittels in dem Seitenteil 12 integrierter Schaltungskomponenten realisiert.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform zu dem in Fig. 3 gezeigten Heizregister dar­ gestellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine horizontal verlaufende Isolierung 19 zwischen zwei Gruppen an PTC-Elementen 14a und 14b zwischengelagert, so daß durch die Isolation 19 eine obere Heizzone A und eine untere Heizzone B gebildet wird. Die Steuerelektronik für die einzelnen Heizzonen A und B kann wahlweise in den Seitenteilen 12 und/oder 13 unter­ gebracht sein, wobei wie dargestellt, die Steuerelektronik unterschiedliche Heizleistungen bei selektiver Auswahl einzelner Heizkreise oder ein Temperaturprofil bei Ansteuerung sämtli­ cher Heizkreise bereitstellt. In der dargestellten Ausführungsform dient die Isolation 19 auch als thermische Entkopplung zwischen der oberen Zone A und der unteren Zone B.

In Fig. 5 ist schließlich noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen PTC- Heizregisters 10 dargestellt, bei welchem im wesentlichen die Prinzipien der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen kombiniert sind. Anders ausgedrückt, ist das PTC- Heizregister 10 dieser Ausführungsform mit vertikal angeordneten Isolationen 18 und mit horizontal angeordneten Isolationen 19 bereitgestellt, so daß vier im wesentlichen von­ einander unabhängige Heizzonen A, B, C, D gebildet sind. Die jeweiligen Heizzonen A, B, C, D umfassen jeweilige insgesamt, gruppenweise oder einzeln ansteuerbare PTC-Elemente 14a, 14b, 14c bzw. 14d. Die jeweilige Steuerelektronik ihr die einzelnen Zonen A, B, C, D ist an entsprechenden Stellen in den Seitenteilen 12 bzw. 13 untergebracht.

Obwohl die vorliegende Erfindung im vorangegangenen vollständig unter Bezugnahme auf derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Ferner sollte der Fachmann erkennen, daß beliebige Ansteuermöglichkeiten, z. B. Di­ rektkontaktierung, Integration von Steuerelektroniken, etc. beliebig verwendet werden kön­ nen, um die jeweilige Beaufschlagung einzelner, mehrerer oder aller PTC-Elemente einzelner oder mehrerer Zonen zu gewährleisten. Ferner sollte der Fachmann erkennen, daß das erfin­ dungsgemäße PTC-Heizregister mit beliebigen anderen Wärmequellen zur Beheizung des Fahrgastinnenraumes kombiniert werden kann, z. B. indem es flußabwärts liegend eines Ra­ diators tandemartig angebracht wird oder auch in diesen integriert, indem in dem Heizkörper Hohlräume vorgesehen werden, in die das Heizregister insgesamt oder auch Teile des Heizre­ gisters integriert bzw. eingesetzt werden können. Schließlich sollte erwähnt werden, daß eine belibige geeignete Anzahl an Luftstromaufteilungen, -steuereinrichtungen und/oder -tempe­ ratursensoren dem PTC-Heizregister vor- und/oder nachgeschaltet werden können. Hierfür können übliche am Markt verfügbare Bauteile verwendet werden.

Claims (8)

1. PTC-Heizregister (10) mit mehreren in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC- Elementen (14), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest zwei in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC-Elementen (14a, 14b, 14c, 14d) eine elektrische Isolation (18, 19) vorgesehen ist, um im wesentli­ chen voneinander unabhängige Heizzonen (A, B, C, D) zu bilden.

2. PTC-Heizregister (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zumindest zwei in Reihe und/oder parallel angeordneten PTC-Elementen und/oder zugeordneten Radiatoren eine thermische Isolation (18, 19) vorgesehen ist.

3. PTC-Heizregister (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils beidseitig einer Isolation (18, 19) befindliche PTC-Elemente (14a, 14b, 14c, 14d) über separate Steuerschaltungen insgesamt und/oder gruppenweise (A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4) beaufschlagbar sind.

4. PTC-Heizregister (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um einen das Heizregister (10) beaufschlagenden Luftstrom entsprechend den gebildeten Heizzonen (A, B, C, D) aufzuteilen.

5. PTC-Heizregister (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um einen Luftstrom, der durch das Heizregister (10) getreten ist entsprechend den gebildeten Heizzonen (A, B, C, D) aufzuteilen.

6. PTC-Heizregister (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Luftstromsteuermittel für zumindest einen Teilluftstrom, insbesondere für jeden Teil­ luftstrom vorgesehen sind.

7. PTC-Heizregister (10) nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß für zumindest einen Teilluftstrom, insbesondere für jeden Teilluftstrom zumindest ein Temperatursensor vorgesehen ist.

8. PTC-Heizregister (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekenn­ zeichnet, daß das PTC-Heizregister (10) mit einem von einer anderen Wärmequelle gespeisten Ra­ diator kombiniert, insbesondere in diesen integriert ist.