DE3003154C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wenigstens be­ reichsweise nach dem Prinzip des Wärmerohres arbeitende Wärmeübertragung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie sie beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 28 34 838 als bekannt hervorgeht.

Mit Flächenheizkörpern in den Türen, die ihre Wärme durch Strahlung abgeben, läßt sich im Innern von Personenkraft­ wagen ein wesentlich behaglicheres Klima erzeugen als mit zwangskonvektiver Raumbeheizung. Der Antriebsmotor des Fahr­ zeuges wird für derartige Heizkörper als Wärmequelle heran­ gezogen. Für die relativ lange Wärmeübertragung sind soge­ nannte Wärmerohre gut geeignet, insbesondere dann, wenn der Flächenheizkörper ebenfalls nach dem Prinzip des Wärmerohres arbeitet und in das Wärmerohrsystem einbezogen ist.

Wärmerohre sind an sich bekannt. Hierunter soll ein evaku­ ierter hermetisch dicht verschlossener und zumindest im Bereich des Wärmeverbrauchers bzw. der Wärmequelle aus gut wärmeleitendem Material, z. B. aus Kupfer oder aus Alumi­ nium gebildeter Hohlraum vorzugsweise in Rohr- oder Plat­ tenform verstanden sein, der mit einem verdampfbaren und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu einem Bruchteil und im übrigen evakuiert oder mit einem Intertgas gefüllt ist. Die Auswahl des Wärmeträgermediums richtet sich nach dem Temperaturniveau, bei dem Wärme übertragen werden soll. Das Wärmerohr ist im Innern teilweise mit einer Kapillar­ struktur zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträ­ germediums von der wärmeabgebenden zur wärmeaufnehmenden Stelle versehen. Dies kann z. B. in Form einer Auskleidung des Rohres mit einem Siebgewebe oder durch eine Rillen­ struktur der inneren Rohroberfläche geschehen. Als Füllung für die Wärmerohre sind für die hier vorliegenden Zwecke beispielsweise Ammoniak, Wasser oder ein Gemisch aus Alko­ hol und Wasser geeignet. An der heißen Stelle des Wärme­ rohres, an der Wärmeenergie zugeführt wird, verdampft das eingegebene Medium und breitet sich rasch im Innern des Wärmerohres aus. An wärmeabgebenden Stellen des Wärmeroh­ res schlägt sich das verdampfte Medium nieder und konden­ siert unter Abgabe seiner Wärme an die Wandung des Wärme­ rohres. Das Kondensat kriecht durch Kapillarwirkung zu den Wärmezufuhrstellen des Wärmerohres zurück. Die an der Kon­ densatseite vom Medium an die Wandung des Wärmerohres ab­ gegebene Wärmemenge wird auf der Außenseite durch Strah­ lung, durch Konvektion oder durch Wärmeleitung abgeführt. Da an den wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden Stellen des Wärmerohres eine Zustandsänderung des Wärmeträgermediums stattfindet, wird im wesentlichen für die Zustandsände­ rung erforderliche Umwandlungsenergie in Wärmeform übertra­ gen. Da die Umwandlungsenergien bezogen auf die Masse des Wärmeträgermediums wesentlich größer sind als die durch Aufheizung eines Mediums speicherbaren Energiemengen, kann durch den Transport relativ kleiner Mengen an Wärmeträger­ medium eine große Wärmemenge auch über größere Entfernungen hinweg und bei relativ geringem Temperaturgefälle übertragen werden. Gegenüber zwangskonvektiven Wasserkreislaufheizungen haben die Wärmerohre den Vorteil, bei gleicher Heizleistung wesentlich leichter zu sein und ohne Zwangsumwälzung auskom­ men zu können. Nachteilig an den Wärmerohren ist, daß sie hohe Anforderungen hinsichtlich Sauberkeit, Dichtheit gegen Über- und Unterdruck, hinsichtlich der Genauigkeit der Ein­ waage des wärmetransportierenden Mediums sowie hinsichtlich der Sicherheit gegen Unterbrechung der Kapillarstruktur für den Rücktransport des Kondensates stellen.

Diese Forderungen machen es sehr schwierig, eine Wärmeüber­ tragung, die nach dem Prinzip des Wärmerohres arbeitet, über eine bewegliche Stelle wie z. B. ein Türscharnier hin­ wegzuführen.

In der bereits eingangs erwähnten älteren Patentanmeldung ist zu diesem Zweck vorgeschlagen worden, ein gleichachsig zur Scharnierachse gelegtes Teilstück des Wärmerohrsystemes in viele flexible Kapillaren aufzulösen, die aufgrund ihrer Flexibilität in der Lage sind, der Türbewegung zu folgen.

Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß bei ausreichender Flexibilität der einzelnen Kapillaren diese sehr dünn und leicht verletzbar sind. Außerdem schließt dieser Vorschlag große fertigungstechnische Probleme ein.

In einer anderen Patentanmeldung P 28 41 051.7 ist der Vorschlag gemacht worden, im Bereich der Beweglichkeit in­ nerhalb der Wärmeübertragung ein Schlauchstück vorzusehen. Nachteilig an einer solchen Bauweise ist, daß sie nicht genügend vakuumbeständig ist.

Abgesehen von den geschilderten Nachteilen haben die be­ kannten Wärmeübertragungen außerdem noch den Nachteil, daß die flexible Stelle innerhalb der Wärmeübertragung stets im scharniernahen Bereich der Tür angeordnet sein muß. Dies bedeutet, daß bei vertikal schwingend angeschlagenen Türen oder Klappen die Wärmeübertragung zum Flächenheizkör­ per in der Tür fallend erfolgt, was die Funktion eines Wär­ merohres sehr beeinträchtigt. Es müßte nämlich bei fallen­ der Wärmeübertragung das Kondensat entgegen der Schwer­ kraftrichtung zurücktransportiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Wärmeübertragung so zu gestalten, daß auf Schlauchleitungen oder Kapillarbün­ del verzichtet werden kann, und daß in jedem Fall, d. h. auch bei vertikal schwingend angeschlagenen Türen eine auf­ steigende Wärmeübertragung innerhalb der Tür realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der Unterteilung der Wärmeübertragung an einer lösbaren Kontaktierungsstel­ le in zwei separate aneinander anschließbare Wärmeübertra­ gungen können die beiden einzelnen Wärmeübertragungen für sich freizügig konstruiert, angeordnet und leichter gefer­ tigt werden. Die Kontaktierungsstelle braucht auch nicht an scharniernaher Stelle angeordnet zu werden, so daß auch bei vertikal schwingend angeschlagenen Türen eine aufstei­ gende Wärmeübertragung innerhalb der Tür ohne weiteres re­ alisierbar ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachfolgend wird die Er­ findung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einem Ausführungsbei­ spiel einer Wärmeübertragung,

Fig. 2 eine Grundrißdarstellung einer Einzelheit des Kraftfahrzeuges nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktierungs­ stelle innerhalb der Wärmeübertragung nach Fig. 1,

Fig. 4 eine zu einer schwingenden Hecktür eines Kraft­ fahrzeuges führenden Wärmeübertragung,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kontak­ tierungsstelle für eine Wärmeübertragung nach der Erfindung und

Fig. 6-8 verschiedene Ausgestaltungsformen der wärme­ übertragenden Oberflächen der Kontaktplatten zur Vergrößerung der Übertragungsfläche.

Das in Fig. 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist einen An­ triebsmotor 2 auf, der u. a. Abwärme erzeugt, mit dem das Innere des Fahrgastraumes beheizt werden soll. Zu diesem Zweck ist u. a. in der Tür 3 ein Flächenheizkörper 6 vor­ gesehen. Die Tür ist an Scharnieren 4 angeschlagen und vollführt beim Öffnen bzw. Schließen eine schwenkende Tür­ bewegung 5. Die vom Antriebsmotor als Wärmequelle sich bis zum Flächenheizkörper in der Tür als Wärmeverbraucher er­ streckende Wärmeübertragung muß die Türbewegung ertragen bzw. überbrücken können.

Zu diesem Zweck ist die Wärmeübertragung an türnaher Stelle unterteilt in zwei separate Wärmeübertragungen, die über eine Kontaktierungsstelle 8 im geschlossenen Zustand der Tür wärmeleitend aneinander anschließen und die beim Öffnen der Tür getrennt werden. Die Kontaktierungsstelle besteht aus einer feststehenden (11) und einer beweglichen Kontakteinrichtung 12. Die feststehende Kontakteinrichtung 11 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 über Heizwas­ serleitungen 7 an den Kühlwasserkreislauf des Antriebsmo­ tors angeschlossen; die feststehende Kontakteinrichtung ist gewissermaßen ein kleiner Flächenwärmetauscher, der zwangs­ konvektiv mit dem aufgeheizten Kühlwasser des Antriebsmo­ tors beheizbar ist. Die bewegliche Kontakteinrichtung 12 ist als ein Flächenwärmetauscher ausgebildet, der nach dem Prinzip des Wärmerohres arbeitet und der über ein Wärme­ rohrstück 10 mit dem ebenfalls nach dem Prinzip des Wärme­ rohres arbeitenden Flächenheizkörper 6 verbunden ist. Das türseitige bewegliche Wärmeübertragungssystem ist also ein Wärmerohrsystem, welches aus der beweglichen Kontaktein­ richtung 12, aus dem Wärmerohrstück 10 und aus dem Flä­ chenheizkörper 6 besteht. Beim Öffnen der Tür 3 heben die einander zugekehrten wärmeübertragenden Oberflächen 14 der Kontakteinrichtung voneinander ab. Zwar geht dadurch die wärmeübertragende Verbindung zwischen beiden Teilen der Wärmeübertragung verloren; dies ist jedoch während der kurzen Zeitspannen, während denen eine Tür geöffnet ist, ohne weiteres zulässig. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Berührungsschutz der heißen Teile der Kontaktierungsstelle ein sich dehnender Falten­ balg 9 vorgesehen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges 1′ ist in der vertikal schwingenden ange­ schlagenen Hecktür 3′ ebenfalls ein Flächenheizkörper vorgesehen. Die in dem geteilten Wärmeübertragungssystem vorgesehene Kontaktierungsstelle ist geodätisch unterhalb des Flächenheizkörpers angeordnet, so daß auch in diesem Fall eine aufsteigende Wärmeübertragung in dem türseiti­ gen Teil des Wärmeübertragungssystems erfolgen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auch der wagenseitige feststehende Teil des Wärmeübertragungssystems nach dem Prinzip des Wärmerohres ausgebildet; dementsprechend ist die feststehende Kontakteinrichtung 11′ bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel über ein Wärmerohrteilstück 7′ mit der Wär­ mequelle verbunden.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Kontaktie­ rungsstelle mit feststehender Kontakteinrichtung 11 und beweglicher Kontakteinrichtung 12 dargestellt. Und zwar ist bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 an der fest­ stehenden Kontakteinrichtung eine beweglich gehalterte nachgiebige Kontaktplatte 13 vorgesehen, die unter der Vorspannung einer Vorspannfeder 15′ steht und an die Ober­ fläche der beweglichen Kontakteinrichtung im geschlossenen Zustand der Tür angepreßt wird. Die Beweglichkeit der Kon­ taktplatte ist so groß, um Montage- und Justierungsunge­ nauigkeiten der beiden Kontakteinrichtungen kompensieren zu können, derart, daß beim geschlossenen Zustand der Tür bzw. der Kontaktierungsstelle die Kontakteinrichtungen vollflächig zur Anlage gelangen, so daß ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Zu diesem Zweck ist zwi­ schen einem plattenförmigen Flächenwärmetauscher 18, der an das fahrzeugseitige Wärmerohrsystem angeschlossen ist, und der Kontaktplatte 13 ein Flüssigkeitspolster 19 zur konvektiven Ankopplung der Kontaktplatte an den Flächen­ wärmetauscher vorgesehen. Das Flüssigkeitspolster ist durch einen elastischen Balg 17 sowie durch den bereits erwähnten Flächenwärmetauscher und die Kontaktplatte ge­ kapselt. Um axiale Verlagerungen der Kontaktplatte und dadurch bedingte Volumenverdrängungen innerhalb des Flüs­ sigkeitspolsters zu ermöglichen, ist in die Kapselung eine Gasblase 20 mit eingebracht. Diese kann bei axialer Annä­ herung der Kontaktplatte 13 an den Flächenwärmetauscher komprimiert werden. Die Gasblase ist lediglich so groß, daß der wärmeübertragend wirksame Teil der Kontaktplatte nicht von der Gasblase beaufschlagt wird. Im übrigen ist in Einbaulage und in geschlossenem Zustand der Tür die Kon­ takteinrichtung mit der nachgiebigen Kontaktplatte in gro­ ber Annäherung vertikal angeordnet, so daß die Gasblase nicht im Bereich der Kontaktplatte liegt. Um die Spaltwei­ te der beiden einander zugekehrten wärmeübertragenden Ober­ flächen 14 im geschlossenen Zustand der Kontaktierungsstel­ le und somit die übertragbare Heizleistung regulieren zu können, ist bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbei­ spiel in der feststehenden Kontakteinrichtung eine Justier­ schraube 21 vorgesehen, mit der der Abstand der Kontakt­ platte zur beweglichen Kontakteinrichtung justierbar ist. Als Berührungsschutz ist bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem ein die Kontaktplatte 13 umgebender Balg 24 vor­ gesehen, der mit dem elastischen Balg 17 zu einem einheit­ lichen Teil integriert ist. Dieser schirmt die Kontaktie­ rungsstelle in geschlossenem Zustand außerdem gegen Wärme­ verluste ab.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kon­ taktierungseinrichtung, bei dem im Gegensatz zum Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 3, bei dem die nachgiebige Kon­ taktplatte 13 in der feststehenden Kontakteinrichtung 11 angeordnet ist, die bewegliche Kontakteinrichtung 12′′ nachgiebig angeordnet ist und die entsprechende Kontakt­ platte 13′ trägt. Zur nachgiebigen Anordnung ist die beweg­ liche Kontakteinrichtung über ein gewundenes Wärmerohrteil­ stück 16 mit dem Flächenwärmetauscher 6 verbunden. Die Win­ dungen können geordnet in Schraubenlinienform oder spiralig angeordnet sein. In jedem Fall soll ein relativ großer Wärmerohrquerschnitt elastisch nachgiebig zu der bewegli­ chen Kontakteinrichtung 12′ führen. Diese steht unter der Vorspannung einer Vorspannfeder 15, die sich an einem ent­ sprechenden Federwiderlager innerhalb der Tür 3 bzw. 3′ abstützt. Zur Führung und Halterung der beweglichen Kon­ takteinrichtung ist an der Rückseite im Innern der Vor­ spannfeder ein Führungszapfen angeordnet. Zum Schutz gegen Berührung bei geöffneter Kontaktierungsstelle und zum Schutz gegen Wärmeverlust bei geschlossener Kontaktie­ rungsstelle sind bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel die bewegliche und die feststehende Kontak­ tierungseinrichtung mit einem ringförmigen Abweissteg 22 bzw. 23 umgeben, die im geschlossenen Zustand der Kontak­ tierungsstelle konzentrisch ineinanderliegen.

Zur Vergrößerung der wärmeübertragenden wirksamen Oberfläche der Kontaktierungseinrichtungen können diese in einander entsprechender Weise gewellt ausgeführt sein, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist (Oberflächenform 14 a). Eine an­ dere in Fig. 7 dargestellte Art der Oberflächengestaltung sieht gewölbte Oberflächen 14 b vor. Bei noch tieferer Aus­ höhlung bzw. Hervorhebung der Oberflächen gelangt man schließlich zu einer in Fig. 8 dargestellten zapfenförmi­ gen Ausgestaltung der Oberfläche 14 c. In jedem Fall sollen die einander entsprechenden Oberflächen so gestaltet sein, daß sämtliche Oberflächenpartien einander berühren, zumin­ dest aber beim Anliegen mit sehr engem Spalt einander ge­ genüberstehen. Anstelle der dargestellten Oberflächenge­ staltung wäre auch eine gerasterte Oberflächenform denk­ bar, wobei die gegenseitigen Rasterungen zueinander ne­ gativ ausgebildet sein müssen. Die Rasterung kann bei­ spielsweise auch in Form eines Zapfen- oder Noppenmusters bestehen.

Claims (15)

1. Vorrichtung zur wenigstens bereichsweise nach dem Prinzip des Wärmerohres arbeitenden Wärmeübertragung zwischen ei­ ner wärmeabgebenden Stelle und einem an einer relativ da­ zu beweglichen Stelle, insbesondere in einer Tür angeord­ neten Wärmeverbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß an türnaher Stelle eine mit der Türbewegung (5) öffen- bzw. schließbare, in geschlossenem Zustand wärmeübertragen­ de Kontaktierungsstelle (8) angeordnet ist, durch welche die Wärmeübertragung in zwei separate aneinander anschließende Wärmeübertragungen unterteilt ist.

2. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungs­ stelle (8) aus einer ortsfesten Kontakteinrichtung (11) und aus einer die Türbewegungen (5) mitmachenden korres­ pondierenden beweglichen Kontakteinrichtung (12) be­ steht, die in geschlossenem Zustand der Tür (3, 3′) mit ihren einander zugekehrten Oberflächen (14) wärmeüber­ tragend aneinanderliegen.

3. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der in der Tür (3, 3′) befindliche Teil der Wärmeübertragung als Wärmerohrsystem ausgebildet ist, dessen wärmeaufnehmen­ der Teil mit der beweglichen Kontakteinrichtung (12) ver­ bunden ist.

4. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragende Oberfläche (14) wenigstens einer der beiden Kontaktein­ richtungen (11, 12 oder 11′, 12′) von einer Kontaktplat­ te (13, 13′) gebildet ist, die in einer Justageungenau­ igkeiten od. dgl. kompensierenden Weise elastisch nach­ giebig in der Kontakteinrichtung gehalten ist.

5. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Kon­ taktplatte (13) an der ortsfesten Kontakteinrichtung (11) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Kon­ taktplatte (13′) Teil einer hohl und in sich unnachgie­ big ausgebildeten jedoch beweglich gehalterten Kontakt­ einrichtung (12′) ist, daß diese unter Federspannung (15) an die andere Kontakteinrichtung (11′) andrückbar ist und daß das Innere der Kontakteinrichtung (12′) über ein vorzugsweise schraubenlinienförmig oder spiralig ge­ wundenes Wärmerohrteilstück (16) an das zugehörige Wär­ merohrsystem angeschlossen ist (Fig. 5).

7. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Kon­ taktplatte (13) über ein durch einen umlaufenden elasti­ schen Balg (17), durch die nachgiebige Kontaktplatte (13) und durch einen in die Wärmeübertragung einbezo­ genen Flächenwärmetauscher (18) gebildetes gekapseltes Flüssig­ keitspolster (19) konvektiv mit dem zugehörigen Teil der Wärmeübertragung gekoppelt ist (Fig. 3).

8. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die das Flüssig­ keitspolster (19) enthaltende Kapselung (13, 17, 18) eine Glasblase (20) zur Aufnahme von verdrängtem Flüs­ sigkeitsvolumen enthält.

9. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeübertragenden Oberflächen der Kontaktplatten (13) bzw. Kontakteinrichtungen (11, 12) in einander korres­ pondierender Weise gewölbt (14 b), gewellt (14 a), gera­ stert oder zapfenförmig (14 c) ausgebildet sind, derart, daß alle Oberflächenpartien einander berühren.

10. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Kontakteinrichtungen (11, 12) wenigstens eine die wärmeübertragende Oberfläche (14) durchdringende Justierschraube (21) angeordnet ist.

11. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Ab­ deckeinrichtungen (9) vorgesehen sind, die wenigstens beim Öffnen der Tür (3) die Kontakteinrichtungen (11, 12) überdecken.

12. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß we­ nigstens eine der beiden Kontakteinrichtungen (11, 12, 11′, 12′) von einem Abweissteg (22, 23, 24) umgeben ist.

13. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß we­ nigstens eine der beiden Kontakteinrichtungen gegen­ über der Umgebung versenkt angeordnet ist.

14. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß we­ nigstens eine der Kontakteinrichtungen beim Öffnen der Tür selbsttätig versenkbar ist.

15. Vorrichtung zur Wärmeübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungsstelle (8) an einer geodätisch unterhalb der Lage des Wärmeverbrauchers (6) liegenden Stelle ange­ ordnet ist.