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Vorrichtung iur Beheizung von Fahrzeugen, insbesondere Omnibussen
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(Zusatz zu Patent ... (P 29 42 758.5) Die Erfindung bet-rifft eine
Vorrichtung zur Beheizung von.
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Fahrzeugen, insbesondere von Omnibussen nach dem Oberbegriff von Anspruch
1 und nach Patent ... (P 29 42 758.5).
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Der Flächenheizkörper dient im wesentlichen dem Zweck, die von dem
fremdbeheizbaren Rohr herbeigeschaffte Wärme auf eine große abstrahlende Fläche
zu verteilen, wozu das Prinzip des segenannten Wärmrohres ausgenutzt wird.
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Wärmrohre sind bekannt. Hierunter soll ein evakuierter, hermetisch
dicht verschlossener aus gut wärmeleitendem Material, z. 13. Aluminiufigebildeter
Hohlraum, vorzugsweise in Plattenform verstanden sein, der mit einem verdampfbaren
und kondensierbaren Wärmeträgermedium zu einem Bruchteil gefüllt.ist.
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Die Auswahl des Wärmeträgermediums richtet sich nach dem Temperaturniveau,
bei dem Wärme übertragen werden soll.. Das Wärmrohr ist in seinem Inneren teilweise
mit einer Kapillarstruktur zum Rücktransport des kondensierten Wärmeträgermediums
von
der wärmeabgebenden Stelle zur wärmeaufnehmenden Stelle versehen; dieses kann z.
B. in Form einer Auskleidung des Rohres bzw. Plattenheizkörpers mit einem Siebgewebe
oder durch eine Rillenstruktur der inneren Oberfläche geschehen.
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Als Füllung für die Wärmrohre sind für die vorliegenden Zwecke beispielsweise
Ammoniak, Wasser oder ein Gemisch aus Alkohol und Wasser geeignet. An der heißen
Stelle des Wärmrohres, an der Wärmeenergie zugeführt wird, verdampft das eingegebene
Medium und breitet sich rasch im Inneren des Wärmrohres aus. An wärmeabgebenden
Stellen des Wärmrohres schlägt sich das verdampfte Medium nieder und kondensiert
unter Abgabe seiner Wärme an die Wandung des Wärmrohres'.
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Das Kondensat kriecht durch Kapil.larwirkung und durch Schwerkrafteinfluß
zu den Wärmezufuhrstellen des Wärmrohres zurück.
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Die an der Kondensatseite vom Wärmeträgermedium an die Wandung des
Wärmrohres abgegebene Wärmmenge wird auf der Außenseite durch Strahlung oder durch
Konvektion oder durch Wärmeleitung abgeführt. Da an den wärmeaufnehmenden bzw. wärmeabgebenden
Stellen des Wärmrohres eine Zustandsänderung des Wärmeträger-' mediums stattfindet,
wird im wesentlichen die für die Zustandsänderung erforderliche Umwandlungsenergie
in Wärmeform übertragen. 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 am Wärmeträgermedium eine große
Wärmemenge auch über größere Entfernungen hinweg und bei sehr. kleinem Temperaturgefälle
übertragen werden. Durch Aufprägen eines bestimmten Druckes auf das innere des Wärmrohres
kann im übrigen auch dafür gesorgt werden, .daß die Wärmeubertragung nur bis zu
einer ganz bestimmten Temperatur stattfindet.
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Gemäß Hauptpatent ist vorgesehen, daß der der Verteilung der Wärme
auf eine größere Fläche dienende Flächenheizkörper und das fremdbeheizbare Rohr
eine integrale Baueinheit bilden,
die unlösbar miteinander verschweißt
sind. Dies setzt aber voraus, daß zumindest annähernd gleiche Werkstoffe sowohl
für den Flächenheizkörper als auch für das fremdbeheizbare Rohr verwendet werden,
so daß diese verschweißbar sind..
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Es hat sich aber gezeigt, daß beispielsweise bei einer Herstellung
der gesamten Heizvorrichtung aus Aluminium das fremdbeheizbare Rohr durch das Heizwasser
angegriffen wird.
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Würde man die Heizvorrichtung aus einem.' gegen Wasser .korrosionsbeständigem
Werkstoff, beispielsweise. aus Messing herstellen, so würde die Einrichtung nicht
nur unnötig schwer werden, sondern es könnte auch die für den Flächenheizkörper
an sich wünschenswerte Roll-Bond-Bauweise nicht angewandt werden, so daß auf kostenintensivere
Ausgestaltungsformen bzw. Herstellungsmethoden zurückgegriffen werden müßte.
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Messing wäre im übrigen auch nicht so beständig hinsichtlich der für
das Wärmrohrprinzip erforderlichenMedien.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltung der zugrundeliegenden
Heizvorrichtung anzugeben, die den einander widersprechenden Forderungen gerecht
wird.
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Diese Aufgabe wird. erfindungsgemäß durch die Anwendung der kennzeichnenden
Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Dank der gesonderten und isolierten Ausgestaltung
der einzelnen Teile der Heizvorrichtung können für beide die funktionsbedingt optimalen
Werkstoffe ausgewählt werden; die Verbindung von Flächenheizkörper und fremdbeheizbaren
Rohr kommt durch wärmeleitende Kontaktierung mittels mehrerer Klemmfedern oder dergleichen
zustande. Durch eine solche Ausgestaltung der Heizvorrichtung können nicht nur modernste
Fert'igungsmethoden für den Flächenheizkörper angewandt werden, sondern es kann
für dieses große Bauteil auch ein Leichtbauwerkstoff, insbesondere Aluminium, verwendet
werden, so daß die Heizvorrichtung hinsichtlich dieses wesentlichen Teiles besonders
leicht
ausfällt. Aluminium ist im übrigen auch beständig gegen die in Inneren des Wärmrohres
vorliegenden bzw. anliegenden Zustände bzw. Stoffe. Das fremdbeheizte Rohr kann
bei einer Wasserbeheizung ,aus Messing hergestellt sein, wodurch es besonders korrosionsbeständig
gegen diesen Stoff gestaltet ist.
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Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung; die
insbesondere auf eine Begünstigung der Wärmeleitung in der Kontaktierung abzielen,
können den Unteransprüchen .und der nachfolgenden Beschreibung verschiedener in
den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele entnommen werden; dabei zeigen:
Figur l eine Seitenansicht eines Fahrzeuges mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten
Heizvorrichtung, Figur 2 einen Teilausschnitt eines Flächenheizkörpers mit daran
angeklemmten fremdbeheizbarem Rohr in Schrägdarstellung Figur 3 die Ausgestaltung
der Wölbung der wärmeleitend zu kontaktierenden Flächen des Heizkörpers bzw.
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des Heizrohres in entspanntem Zustand und Figur 4 den Querschnitt
durch ein weiteres Ausfthrungsbeispiel einer Heizvorrichtung mit Ausgestaltung des
fremdbehei:zbaren Rohres als elektrischem Heizstab.
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Bei dem in Figur 1 in Seitenansicht dargestellten Fahrzeug 1, einem
Omnibus mit größeren Seitenwänden 2, in denen hintereinander mehrere Seitenfenster
3 angeordnet sind, ist in die beiden Seitenwände jeweils eine im wesentlichen aus
Flächenheizkörpern 4 bzw. 4 t sowie aus einem heizwassergespeisten Rohr 5
bzw.
entsprechenden Rohrabschnitten 6 bestehende Heizvorrichtung angeordnet. Die Flächenheizkörper
sind unterhalb der Seitenfenster in die Seitenwände eingelassen und beheizen das
Fahrzeuginnere durch Strahlung und Konvektion, wobei aufgrund einer Konvektion zugleich
auch die Seitenscheiben beschlagfrei gehalten.werden können. Mit Rücksicht auf die
Radkästen 10 sind die,darüber angeordneten Flächenheizkörper 4' in Vertikalrichtung
etwas kürzer gestaltet als die übrigen Flächenheizkörper 4.
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Das ,entsprechende fremdbeheizbare Rohr ist über im wesentlichen Z-.förmige
Verbindungsstücke oder Schlauchabschnitte 7 mit den anderen Teilen des Rohres zu
einem einheitlichen Kanal verbunden, durch den Heizwasser hindurchgefördert werden
kann. Durch die nach dem Prinzip des 'sogenannten Wärmerohres ausgebildeten Flächenheizkörper
wird die in dem frem,dbeheizbaren Rohr zugeführte Wärme großflächig bei kleinem
Temperaturgefälle.verteilt und an das Fahrzeuginnere abgegeben. Mehrere hintereinanderliegende
Flächenheizkörper 4 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel an ein auch mechanisch
geradlinig durchlaufendes fremdbe,heizbares Rohr 5 wärmeleitend angeklammert. Die
hier vorgeschlagene nachträgliche wärmeleitende Anklemmung der Flächenheizkörper
an das fremdbeheizbare Rohr erlaubt es, die Flächenheizkörper gesondert von den
fremdbeheizbaren Rohren zu verlegen. Während das frendbeheizbare Rohr den örtlichen
Gegebenheiten im Omnibus entsprechend verlegt werden muß, ion seinem Verlauf also
entsprechend den unterschiedlichen Omnibustypen typgebunden ausgestaltet und verlegt
ist, können die Flächenheizkörper 4 bzw. 4' für sich typungebunden einheitlich bei
kleiner Typenzahl ausgestaltet werden und entsprechend den örtlichen Gegebenheiten
in einem bestimmten Omnibus.typ an das entsprechende fremdbeheizbare Rohr 5 angeklammert
werden.
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Eine solche fertigungsgünstige und montage günstige Möglichkeit wird
durch die erfindungsgemäße Trennung von Flächenheizkörper und fremdbeheizbarem Rohr
geschaffen.
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Wie der Teilausschnitt der Heizvorrichtung' nach Figur 2 zeigt, ist
zweckmäßigerweise das fremdbeheizbare Rohr 5 bzw. der an, den Flächenheizkörper
4 angeklammerte Rohrabschnitt 6 als Flachrohr ausgebildet. Dadurch kann eine größere
Kontaktfläche zwischen fremdbeheizbarem Rohr und Flächenheizkörper geschaffen werden,
was den Wärmeübergang begünstigt. Das als Flachrohr ausgebildete fremdbeheizbare
Rohr weist bewußt an der Kontaktseite eine flache konvexe Wölbung - gewölbte Flachseite
16 - auf, die mit einer der Oberflächenkrümmung des Rohres entsprechenden rinnenartigen
Wölbung 15 5 am Flächenheizkörper 'zusammenwirkt.
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Ans ich wäre es auch denkbar, das fremdbeheizbare Rohr vom kreisförmigen
Querschnitt zu gestalten und eine entsprechende tiefere und stärker gekrümmte rinnenartige
Wölbung im Bereich -der'Anlagestelle am Flächenheizkörper vorzusehen, wie-dies beispielsweise
im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 gezeigt ist.
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Die Krümmungsradien rF der zu kontaktierenden Oberflächen beim Ausf'ührungsbeispiel
nach den Figuren 2,und 3 sind jedoch mit einer gewissen Absicht besonders groß gehalten,
und zwar sind diese Radien wesentlich größer als beispielsweise die größte Querschnittsabmessung
D des Flachrohres. Flachgewölbte Flächen schmiegen sich nämlich aufgrund ihrer geringeren
Formstabilität im.Vergleich zu stark gewölbten Schalen besser aneinander an.
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Es ist auch vorgesehen, daß - wie in Figur 3 veranschaulicht -der
Krümmungsradius r der gen'lobten Flachseite 16 des Rohres in entspanntem,, d. h.
nicht verklammerten Zustand des Rohres wenige Proz'ente kleiner ist als der entsprechende
Krümmungsradius R der rinnenartigen Wölbung 15. Die Differenz der KrUmmungsradien
liegt vielleicht im Bereich der Wandstärke des Rohres oder des Flächenheizkörpers
oder noch darunter. Aufgrund dieser geringfügigen Unterschiede der Krümmungsradien
legt sich die konvexe Flachseite des Rohres 6 zunächst linienförmig etwa in der
Mitte der rinnenartigen Wölbung des Flächenheizkörpers an; bei zunehmendem Anklemmdruck
kommt es zu einer Abflachung der Wölbung am Rohr und zu einer Vertiefung der
rinnenartigen
Wölbung am Flächenheizkörper, wobei sich die Anlagefläche nach oben und nach unten
- ausgehend von der anfänglichen Berührungslinie - ausdehnt. Bei voller Wirkung
der Klemmkraft liegen sämtliche Oberflächenpartien stramm und unterbrechungsfrei
aneinander an; dadurch kommt im gesamten Bereich der Kontaktierung eine gute Wärmeleitung
bzw. ein guter Wärmedbergång zustande,. Bei ebenen Kontaktflächen könnten sich diese
aufgrund thermischer Dehnung örtlich ausbeulen, so daß an diesen Stellen ein thermischer
Kontakt verlorgengegangen wäre. Bei zu starker Wölbung der Kontaktflächen ist die
Formsteifigkeit des Rohres und der rinnenartigen Wölbung zu groß, als daß sie durch
Halteklammern nennenswert überwunden werden könnte.
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Die Verklammerung von fremdbeheizbarem Rohr und Flächenheizkörper
kommt bei den dargestellten Ausführungsbeispielen durch im wesentlichen U-förmige
Klemmfedern 9 zustande, die möglichst biegehart konstruiert sind, um eine große
Anpressung der Kontaktflächen zu bewirken. Die Klemmfedern sind in relativ geringem
Abstand nebeneinander angebracht, um auch über die Länge der,Kontaktzone hinweg
eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Anpreßkraft zu bekommen; der Seitenabstand
A der Klemmfedern.beträgt etwa das zwei- bis fünffache der größten Durchmesserabmessung
D des Flachrohres. Die Anpreßkraft der Klemmfedern ist um so größer, je kürzer die
Federschenkel sind; schon aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die Kontaktzone randnah
anzuordnen, weil die Klemmfedern den Rand übergreifen müssen.
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Auch noch aus einem anderen Grunde ist eine randnahe Anordnun der
Kontaktzone zweckmäßig. Im Randbereich stützen sich nämlich diesem fremdbeheiibaren
Rohr .zugekehrte Kontakt'-Wandung 19 und die gegenüberliegende Wandung 20 des Flächenheizkörpers
über eine durchlaufende Randabstützung 22 aneinander
ab, so daß
zumindest in diesem. Nahbereich eine Abstandshaltung der beiden Wandungen 19 und
20 gewährleistet ist, die Voraussetzung für ein sicheres Funktionieren des Kreislaufes
im inneren des Wärmrohres ist. Auch auf der anderen Randseite der streifenförmigen
Kontakt zone sind die gegenüberliegenden Wandungen 19, 20 - allerdings unterbrochen
- in Form von einzelnen Abstützstellen 21 gegeneinander abgestützt, so daß auch
im Bereich dieser Partie die Wandungen des Flächenheizkörpers trotz entgegenwirkender
hoher Klemmkräfte zwangsweise auf Abstand gehalten werden. Dank einer konvexen Wölbung
der gegenüberliegenden Wandung 20 im Bereich der Kontakt zone weist.diese eine ausreichend
hohe den Klemmkräften widerstehen-.
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de Formstabilität auf, so daß auch dadurch durchgehend ein ausreichend
großer Lichtraun im inneren des Flächenheizkörpers aufrechterhalten wird.
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Bei Anwendung von Flachrohren als fremdbebeizbares Rohr ist zweckmäßigerweise
an den Endstellen von durchlaufenden Rohren ein rundes Anschlußstück 8 angeformt,
so daß. eine gegenseitige Verbindung von verschiedenen Rohrstücken leichter bewerkstelligt
werden kann.
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Wie schon erwähnt, kann das fremdbeheizbare Rohr auch in'Form eines
elektrischen Heizstabes 24 ausgebildet sein, wie dieses Figur 4 am Beispiel eines
kreisrunden Rohres bzw einer entsprechend geformten rinnenförmigen Wölbung 15 zeigt.
Die Breite der Kontaktzone kann durch eine entsprechend große Umschlingung des Heizstabes
durch den Flächenheizkörper bewirkt werden. Eine gegenseitige Anschmiegung der zu
kontaktierenden Wandungen kann in diesem 'Fall auch dadurch erreicht werden, daß
der Krümmungsradius der rinnenartigen Wölbung 15 geringfügig kleiner ist als der
halbe Durchmesser des Heizstabes, so daß dieser beim Einlegen zunächst an zwei parallelen
Linien im Bereich der rinnenrörmigen Wölbung anliegt und eine VerbreitellJng der
Kontalctfläche sich mit zunehmender Einrückung des lleizstabes in die
rinnenförmige
Wölbung ergibt. Aufgrund der starken Krümmung und Umschlingung des Flächenheizkörpers
4"' im Bereich der Kontaktzone ist eine entsprechend geformte Klemmfeder 9' erforderlich.
Da die Wärmeübertragung vom Heizstab an den Flächenheizkörper nur im Bereich der
Kontaktzone erfolgt, können die Heizdrähte 23 im Inneren des Heizstabes einseitig
an diesen Stellen angeordnet sein, so daß eine Wärmeabgabe an den nicht kontaktierenden
Umfangssteilen des Heizstabes möglichst gering gehalten wird. Es sei an dieser Stelle
der Vollständigkeit halber erwähnt, daß selbstverständlich auch Heizstäbe mit flachovalem
Querschnitt möglich sind, die ähnlich wie das wasserbeheizte Rohr 5 an den Flächenheizkörper
anklemmbar sind.