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Die
Erfindung betrifft einen Durchlauferhitzer für Scheibenwischwasser, der
sich zum Einbau in ein Kraftfahrzeug eignet.
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Herkömmlicherweise
wird Scheibenwischwasser zur Reinigung der Windschutzscheibe von Kraftfahrzeugen
in einem Behälter
im Kraftfahrzeug vorrätig
gehalten. Damit das Scheibenwischwasser bei Minusgraden nicht gefriert,
ist es mit einem Zusatz versehen, der den Gefrierpunkt absenkt.
Auf diese Weise werden Schäden
durch Gefrieren des Scheibenwischwassers im Vorratsbehälter und
in dem Zuleitungssystem zu den Düsen
vermieden, die das Scheibenwischwasser auf die Windschutzscheibe
sprühen.
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Neben
einer Verschmutzung führt
eine Vereisung ebenfalls zu einer beträchtlichen Beeinträchtigung
der freien Sicht. Eine Vereisung tritt insbesondere dann auf, wenn
das Kraftfahrzeug länger
in einer Umgebung mit Temperaturen unterhalb von 0° C abgestellt
worden ist.
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Eine
solche Vereisung lässt
sich durch manuelle Entfernung mittels eines „Eiskratzers" beseitigen. Alternativ
kann der Innenraum des Kraftfahrzeugs mittels einer Heizung vor
dem Start erwärmt werden,
so dass auch die Vereisung auf den Scheiben abtaut. Beide Vorgehensweisen
sind jedoch aufwendig und langwierig.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der auf einfache
Weise eine schnelle Enteisung einer Windschutzscheibe möglich ist.
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Dies
wird mit Hilfe eines Scheibenwischwasserdurchlauferhitzers zum Einbau
in ein Kraftfahrzeug gemäß der Lehre
des Anspruchs 1 erreicht.
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Erfindungsgemäß ist ein
Durchlauferhitzer zum Einbau in ein Kraftfahrzeug vorgesehen, der Scheibenwischwasser
vor dem Aufsprühen
auf die Windschutzscheibe erhitzt. Durch Aufsprühen des heißen Wassers auf die Windschutzscheibe
kann diese von einer Vereisung befreit werden. Dazu ist ein Durchlauferhitzer
mit einem maximalen Fassungsvermögen
von etwa 200 ml der zu erwärmenden
Flüssigkeit
vorgesehen. In eine solche Flüssigkeitskammer
ragen Heizelemente, die als Flachheizstäbe mit PTC-Elementen ausgebildet
sind. In der Flüssigkeitskammer
sind die Heizelemente so angeordnet, dass diese im wesentlichen
vollständig
von der zu erwärmenden
Flüssigkeit
umströmt
werden können.
Eine kurze Aufheizperiode ergibt sich insbesondere aus der großen Oberfläche der
Heizelemente im Vergleich zum Flüssigkeitsvolumen.
Mit dem erfindungsgemäßen Durchlauferhitzer
ist eine schnelle Aufheizung kleiner Flüssigkeitsmengen zur Weiterleitung
mittels einer externen Pumpe in Richtung Windschutzscheibe möglich, um
diese von Eis zu befreien.
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Bei
einem Durchlauferhitzer kompakter Bauform besteht die Gefahr, dass
in den Durchlauferhitzer einströmendes
kaltes Wasser auf dem kürzesten Weg
innerhalb der Flüssigkeitskammer
zu dem Anschluss strömt, über den
das erwärmte
Wasser den Durchlauferhitzer wieder verlässt. Nachteilig an einer solchen
Strömung
innerhalb der Flüssigkeitskammer ist
ihre geringe Heizeffektivität,
denn das Wasser strömt
nicht oder nur kaum an der Oberfläche der Heizelemente vorbei
und wird entsprechend schlecht erhitzt. Um einen solchen "Kurzschluss" im Fluss des Scheibenwischwassers
innerhalb der Flüssigkeitskammer
zu vermeiden, ist die Flüssigkeitskammer des
Durchlauferhitzers gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
in zwei Kammern unterteilt, die durch einen Verbindungskanal miteinander
verbunden sind. Durch eine solche Unterteilung lässt sich ein gezieltes Umströmen der
Heizelemente und ein Vorbeiführen
des zu beheizenden Mediums an der gesamten Heizoberfläche zur
effektiven Aufheizung erreichen.
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Bei
einer Unterteilung einer Flüssigkeitskammer
in einzelne Kammern, durch die die Flüssigkeit fließt, müssen für eine effektive
Aufheizung des durchfließenden
Wassers die Heizleistungen der Heizelemente in den einzelnen Kammern
unterschiedlich geregelt werden. In die erste Kammer strömt kaltes
Wasser ein. Das in die zweite Kammer strömende Wasser ist dagegen schon
vorgewärmt.
Aufwendig ist eine solche Regelung insbesondere dann, wenn eine
konstante Endtemperatur bei variierenden Durchflussmengen, unterschiedlichen
Ausgangstemperaturen und häufigen
Unterbrechungen des Durchflusses erreicht werden soll. Dazu muss
zumindest in oder am Ausgang der zweiten Kammer eine Art von "Ausgangskontrolle" durchgeführt werden, die
je nach erforderlichem Heizbedarf die Heizleistung der Heizelemente
in der zweiten Kammer steuert.
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Erfindungsgemäß weist
der Scheibenwischwasserdurchlauferhitzer Heizelemente auf, die als Flachheizstäbe mit PTC-Elementen
ausgebildet sind. PTC-Bauelemente werden auf der Basis halbleitender
Keramik hergestellt. Ihre Besonderheit liegt darin, dass sie bei
einer charakteristischen Temperatur ihren elektrischen Widerstand
sprunghaft ändern.
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Vorteilhafterweise
ist jede der Unterkammern mit einem Anschlussstutzen zur Zu- bzw.
Ableitung des zu erwärmenden
Mediums versehen. Dadurch lässt
sich die Flüssigkeit
gezielt durch beide Kammern an allen Heizelementen vorbeileiten.
Ein besonders gutes Umströmen
der Heizelemente wird dann erreicht, wenn die Anschlussstutzen bei
einer länglichen
Ausgestaltung der Unterkammern an dem Ende angeordnet sind, das
dem internen Verbindungskanal zwischen beiden Kammern gegenüberliegt.
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In
jede der Unterkammern der Flüssigkeitskammer
ragen jeweils zwei Heizelemente. Durch die dadurch bedingten engen
Abstände
der Heizelemente weisen die PTC-Heizelemente eine besonders große Heizoberfläche im Verhältnis zur
Flüssigkeitsmenge
auf und bewirken damit eine besonders schnelle Aufheizung der Flüssigkeit.
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Das
Gehäuse
des Durchlauferhitzers ist vorzugsweise aus Kunststoff oder Aluminium
gefertigt. Ein Kunststoffgehäuse
ist leicht herzustellen und gut isolierend. Ein Gehäuse aus
Aluminiumdruckguss ist jedoch bei hohen Drücken der aufzuheizenden Flüssigkeit
besser geeignet.
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Durch
eine Aufheizung der Flüssigkeit
auf etwa 70°C
kann die Aufheizdauer besonders klein gehalten werden, ohne dass
die Eignung zur Enteisung vermindert ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers entlang
einer Linie B-B gemäß 3.
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2 zeigt
eine weitere Schnittansicht des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers, wobei
die Schnittebene senkrecht zu der in 1 steht.
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3 zeigt
eine Ansicht des Gehäuses
des Durchlauferhitzers von der Seite, auf der die elektrischen Anschlüsse herausgeführt werden.
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4 zeigt
eine seitliche Ansicht des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers, wobei
die Abdeckung des Steuerungsteils entlang einer Linie A-A gemäß 2 aufgeschnitten
ist.
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In 1 ist
eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers dargestellt.
In dem Gehäuse 10 des
Durchlauferhitzers befindet sich eine Flüssigkeitskammer 1.
Die Flüssigkeitskammer 1 ist
in zwei Unterkammern 6A und 6B unterteilt. Beide
Kammern sind durch einen Verbindungskanal 9 miteinander
verbunden. In beide Unterkammern 6A und 6B ragen
Heizelemente 2 herein. Die Heizelemente 2 sind
stabförmig
als Flachheizstäbe
mit PTC-Heizelementen 4 ausgebildet. Das Gehäuse der
Heizelemente 2 ist vorzugsweise aus Aluminium gefertigt.
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Flachheizstäbe der vorgenannten
Art enthalten mehrere flache PTC-Heizelemente 4,
die gegebenenfalls von einem Trägerelement
mit darin vorhandenen Durchbrüchen
für die
Aufnahme der PTC-Heizelemente auf gegenseitigem Abstand gehalten
und zwischen zwei Elektrodenplatten eingeklemmt sind, die den PTC-Elementen
Strom zuführen.
Die in den PTC-Elementen 4 entwickelte
Wärme wird
von ihren Flachseiten nach außen
abgegeben.
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Eine
Befestigung der Heizelemente an dem Gehäuse des Durchlauferhitzers
kann folgendermaßen
erfolgen. Die Gehäuse
der Heizelemente besitzen auf der Befestigungsseite einen angeformten Flansch,
der mittels einer Flachdichtung druckdicht mit dem Gehäuse des
Durchlauferhitzers verschraubt wird. Alternative Befestigungen der
Heizelemente sind jedoch ebenfalls möglich.
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Die
Heizelemente 2 besitzen eine sehr geringe Masse, eine sehr
gute Wärmeleitfähigkeit
und eine große
Oberfläche.
Sie sind in der Flüssigkeitskammer 1 eng
beabstandet eingebaut, so dass das zu beheizende Medium an der gesamten
Heizoberfläche
vorbeigeführt
werden kann. Dazu weist jede der Unterkammern 6A und 6B einen
Anschlussstutzen zur Zu- bzw. Abführung der zu erwärmenden Flüssigkeit
auf. In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform
dargestellt, bei der ein Anschlussstutzen 7 seitlich an
einer ersten Unterkammer 6B angebracht ist und ein zweiter
Anschlussstutzen 8 an der Unterseite der zweiten Kammer 6A.
Andere Anordnungen der Anschlussstutzen 7, 8 sind
jedoch ebenso möglich.
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Damit
die Heizelemente möglichst
ganz umströmt
werden können,
werden die beiden Anschlussstutzen 7 und 8 an
einem Ende der vorzugsweise länglich
ausgebildeten Unterkammern 6A und 6B angebracht.
Am gegenüberliegenden
Ende der Unterkammern 6A, 6B ist der Verbindungskanal 9 vorgesehen.
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Auf
diese Weise kann beim Betrieb des Durchlauferhitzers die zu erwärmende Flüssigkeit durch
den Anschlussstutzen 7 an einem Ende in die Flüssigkeitskammer 1 einströmen, und
zwar von einem vorzugsweise extern im Fahrzeug angeordneten Vorratsbehälter. Die
Flüssigkeit
fließt
anschließend
entlang der Oberfläche
eines Heizelementes 2 bis zum Verbindungskanal 9 und
durch diesen in die Nachbarkammer. In der zweiten Unterkammer strömt die Flüssigkeit
in entsprechender Weise entlang der Oberfläche eines Heizelementes 2 zum
anderen Ende der zweiten Unterkammer 6A zum Anschlussstutzen 8,
durch den die erwärmte
Flüssigkeit
in Richtung Windschutzscheibe geleitet werden kann.
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In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann auch nur eine
einzige Flüssigkeitskammer vorgesehen
sein, bei der die Anschlussstutzen für den Zu- und Abfluss der Flüssigkeit
an gegenüberliegenden
Enden angeordnet sind, oder eine Mehrzahl von hintereinandergeschalteten
Kammern, durch die die Flüssigkeit
jeweils an den in diesen angeordneten Heizelementen vorbei geleitet
werden kann.
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Die
Anzahl der Heizelemente richtet sich nach der aufzuheizenden Flüssigkeitsmenge
und der erwünschten
Aufheizzeit. Je schneller die Aufheizung der Flüssigkeit erfolgen soll und
um so größer die
zu erwärmende
Flüssigkeitsmenge
ist, desto mehr Heizelemente müssen
in dem Durchlauferhitzer vorgesehen sein.
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An
einen der Anschlussstutzen 7, 8 ist eine nicht
dargestellte Pumpe angeschlossen. Diese Pumpe befördert die
Flüssigkeit
in Abhängigkeit
von Signalen einer Steuereinheit in Richtung Windschutzscheibe.
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Um
eine schnelle und effiziente Erwärmung des
Scheibenwischwassers auf etwa 70° zu
bewirken, weist die Flüssigkeitskammer 1 eine
Kapazität von
nur etwa 100 ml auf. Maximal hat die Flüssigkeitskammer ein Fassungsvermögen von
vorzugsweise etwa 200 ml. Bei solch geringem Fassungsvermögen kann
die Baugröße des Durchlauferhitzers besonders
klein gehalten werden. Alternativ kann die Flüssigkeitskammer auch als Behälter für Scheibenwischwasser
ausgebildet sein, in dem das gesamte Scheibenwischwasser aufgeheizt
wird.
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In 1 ist
im oberen Abschnitt die Stromzuführung
zu den Heizelementen 2 zu erkennen. Zum einen werden alle
Heizelemente 2 über
Leitungen 11 mit Masse verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
werden jeweils von den beiden innenliegenden Kontakten Leitungen 11 zum
Massebolzen über einen
Anschlussstutzen 12 herausgeführt. Die beiden äußeren Kontakte
der Heizelemente 2 sind über eine Steuerschaltung mit
Plus verbunden, wie in Verbindung mit 4 im einzelnen
beschrieben ist.
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2 zeigt
eine seitliche Schnittansicht des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers. Die
Schnittebene dieser Darstellung steht senkrecht auf der von 1.
Gleiche Bauelemente sind in dieser Figur mit gleichen Bezugs zeichen
versehen. In der linken Hälfte
ist ein Schnitt durch eine Unterkammer 6A, 6B der Flüssigkeitskammer 1 zu
erkennen. An die Flüssigkeitskammer 1 anschließend ist
ein Raum für
die Steuerelektronik 3 vorgesehen. Diese Steuerelektronik
enthält
elektrische Schaltelemente 5, die jeweils die Plusleitung
den einzelnen Heizelementen 2 zuführt. Der über den Anschluss 13 zugeführte Strom wird
von den Schaltelementen 5 über die jeweiligen Kabel 14 jedem
Heizelement zugeführt.
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Die
Schaltelemente 5 und mögliche
weitere wärmeerzeugende
Bauelemente der Steuereinheit sind vorzugsweise wärmeleitend
mit der Flüssigkeitskammer 1 verbunden.
Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind die elektrischen Schaltelemente 5 dazu
auf einer Aluminiumplatte 15 angeordnet, die sich in einer
wärmeleitenden
Verbindung mit der Flüssigkeitskammer 1 befindet.
Auf diese Weise kann eine Verlustwärme der Halbleiterschaltelemente 5 ebenfalls
zur Erwärmung der
Flüssigkeit
in der Flüssigkeitskammer 1 verwertet werden.
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3 zeigt
eine seitliche Ansicht des Gehäuses
des Durchlauferhitzers. In dieser Ansicht ist die Schnittlinie B-B
dargestellt, die zu der Ansicht nach 1 führt. Die
Ansicht des Gehäuses 10 zeigt auf
der Oberseite den Anschlussstutzen 12 für den Masseanschluss der Heizelemente 2.
In der Ebene der Rückseite
des Gehäuses 10 sind
seitlich Befestigungselemente 16 angeordnet. Solche Befestigungselemente
können
jedoch auch in anderer Ausgestaltung an anderen Stellen vorgesehen
sein.
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4 zeigt
einen Schnitt gemäß der Linie A-A
aus 2. Zu dieser Schnittansicht ist der Aufbau der
Steuerelektronik zu erkennen. Die in diesem Fall nebeneinander angeordneten
elektrischen Schaltelemente 5 der Steuerelektronik 3 sind
jeweils einem der Heizelemente 2 zugeordnet. Die elektrischen
Ströme
werden über
Leitungen 14 den Heizelementen 2 zugeführt. Die
elektronische Steuerung selbst ist über Leitung 17 mit
Masse ver bunden und enthält
Steuerungssignale über
die Leitung 18. Ein zusätzliches
Schaltelement 5 (in der Darstellung ganz links) ist für die Steuerung
der Pumpe (nicht dargestellt) zuständig. Auch die Abwärme dieses Schaltelementes
wird in einer bevorzugten Ausgestaltung zur Erwärmung der Flüssigkeit
benutzt. Der von diesem Schaltelement geschaltete Strom wird über eine
Leitung 19 über
den Anschlussstutzen 12 der Pumpe zugeführt.
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Das
Gehäuse
dieses Durchlauferhitzers ist vorzugsweise aus Kunststoff. Kunststoff
hat den besonderen Vorteil, dass es leicht und günstig herzustellen ist und
gleichzeitig auch isoliert. In besonderen Fällen, nämlich bei besonders hohen Drücken, kann
das Gehäuse
auch aus Aluminiumdruckguss hergestellt werden. In beiden Fällen weist
das Gehäuse
nur eine sehr geringe Masse auf und ist dennoch ausreichend stabil.
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Bei
dem Konzept des erfindungsgemäßen Durchlauferhitzers
weisen die PTC-Heizelemente eine geringe Masse, eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit
und eine große
Oberfläche
auf und sind in das Gehäuse
so eingebaut, dass ein zu beheizendes Medium an der gesamten Heizoberfläche vorbeigeführt wird.