DE3447182C2

DE3447182C2 -

Info

Publication number: DE3447182C2
Application number: DE19843447182
Authority: DE
Inventors: Horst Dipl.-Min. 8502 Zirndorf De Schaefer; Wolfgang Dipl.-Ing. 5600 Wuppertal De Guilleaume
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Priority date: 1984-12-22
Filing date: 1984-12-22
Publication date: 1989-12-21
Also published as: DE3447182A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizung für den Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen, die einen geschlossenen, mit einer Umwälzpumpe betriebenen Kühlkreislauf für die Abführung der im Verbrennungsmotor entstehenden Wärme über einen Kühler aufweisen, wobei zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung des Kühlers eine thermostatgesteuerte Bypaßleitung vorgesehen ist, über welche in der Warmlaufphase der Kühler umgehbar ist, mit einem parallel zum Kühlkreislauf angeordneten steuerbaren Heizkreislauf, über den mittels eines Wärmetauschers dem Fahrgastraum Wärme aus dem Kühlkreislauf und/oder aus einem über eine weitere Umwälzpumpe angeschlossenen Zusatzheizgerät zuführbar ist.

Bei dieser aus der DE-AS 23 57 497 bekannten Heizung für den Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen weist das Kraftfahrzeug einen geschlossenen, mit einer Umwälzpumpe betriebenen Kühlkreislauf für die Abführung der im Verbrennungsmotor entstehenden Wärme mittels der Kühlflüssigkeit zu einem Kühler auf und ist für die Warmlaufphase des Verbrennungsmotors mit einer thermostatgesteuerten Verbindungsleitung zwischen der vom Motor kommenden Leitung und der zum Motor zurückzuführenden Leitung zum Abtrennen des Kühlers vom Kreislauf versehen. Zum Heizen des Fahrgastraumes ist ein steuerbarer, parallel zum Kühler verlaufender Nebenkreislauf für die Zuführung der im Verbrennungsmotor entstehenden Wärme zu einem im Fahrgastraum wirksamen Wärmetauscher vorgesehen. Da die Erwärmung des Fahrgastraumes mit der vom Verbrennungsmotor erzeugten Wärme aber eine unzumutbar lange Zeit in Anspruch nimmt, wenn niedrige Außentemperaturen herrschen und der Motor kalt ist, führt von der tiefsten Stelle des Motorblockes eine zusätzliche Kühlmittelleitung zum Einlaßende des Wärmetauschers, wobei in dieser zusätzlichen Leitung ein Heizgerät und eine Umwälzpumpe vorgesehen sind. Mit dem mit flüssigem Brennstoff betriebenen Heizgerät kann somit die Kühlflüssigkeit erwärmt und dem Wärmetauscher zugeführt werden. Parallel zur Umwälzpumpe und dem Heizgerät ist dabei an der zusätzlichen Leitung eine thermostatgesteuerte Kurzschlußleitung angeordnet, mit der zunächst beim Einschalten des Heizgerätes ein kleiner, in sich geschlossener Kreislauf durch das Heizgerät gebildet wird, bis eine Betriebstemperatur von 60°C erreicht ist. Dann schaltet der Thermostat um, so daß dann Kühlflüssigkeit aus dem Verbrennungsmotor durch die Umwälzpumpe und das Heizgerät zum Wärmetauscher geführt wird und vom Wärmetauscher zum Motor zurückkehrt. Für die Erwärmung des Fahrgastraumes wird dabei jedoch auch noch ein längerer Zeitraum benötigt, da die mit dem Heizgerät erwärmte Kühlflüssigkeit nicht nur durch den Wärmetauscher, sondern auch durch den Motor fließt und somit auch den Motor erwärmt, so daß nicht die volle Leistung des Heizgerätes allein an den Wärmetauscher gegeben wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizung für den Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen der eingangs erläuterten Art zu schaffen, die preisgünstig und raumsparend ist und eine schnelle Erwärmung des Fahrgastraumes bewirkt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zusatzheizgerät von einem elektrischen Heizkörper gebildet ist, und daß parallel zum Wärmetauscher am Heizkreislauf ein Bypaß vorgesehen ist, der mit seinem einen Ende über ein Drei-Wege-Ventil an der Vorlaufleitung und mit seinem anderen Ende an der Rücklaufleitung des Wärmetauschers angeschlossen ist, derart, daß er in einer Stellung des Drei- Wege-Ventils mit dem Wärmetauscher, der weiteren Umwälzpumpe und dem Zusatzheizgerät einen geschlossenen, vom Kühlkreislauf abgekoppelten Heizkreislauf bildet. In dem erfindungsgemäßen Heizkreislauf sind wesentliche Bauteile einbezogen, die von vornherein zur bekannten Ausrüstung des Kraftfahrzeugs im Nebenkreislauf eines Kühlkreislaufs gehören. So sind die Leitungen des Nebenkreislaufs und der im Nebenkreislauf angeordnete Wärmetauscher einerseits Bestandteil der konventionellen Fahrzeugheizung und andererseits zugleich Bestandteil des erfindungsgemäßen neuen Heizkreislaufs. Wegen der doppelten Funktion dieser bereits vorhandenen Bauteile sind die Kosten der erfindungsgemäßen Zusatzheizung gering. Benötigt wird für die Erfindung zusätzlich nur der Bypaß, der mit seinem einen Ende an der vom Verbrennungsmotor zum Wärmetauscher führenden Leitung und mit seinem anderen Ende an der vom Wärmetauscher kommenden und zum Verbrennungsmotor führenden Leitung angeschlossen ist, sowie ein elektrischer Heizkörper, eine Umwälzpumpe und ein Drei-Wege-Ventil zwischen dem Heizkreislauf und dem Kühlkreislauf. Das sind wenige, raumsparend anordbare Mittel. Zum Erwärmen des Fahrgastraumes muß dabei das Heizgerät lediglich einen kleinen Teil des Kühlmittels aufwärmen, wobei das Kühlmittel lediglich den Wärmetauscher, die weitere Umwälzpumpe, das Heizgerät und die zugehörigen Verbindungsleitungen durchströmt. Die gesamte Heizenergie des Heizgerätes ist somit in einfacher Weise fast verlustfrei an den Wärmetauscher abgebbar, so daß eine schnelle Erwärmung des Fahrgastraumes erzielt wird.

Das Zusatzheizgeräts und/oder die zum Heizkreislauf gehörende Umwälzpumpe kann im Bypaß angeordnet sein. Dadurch ist in besonders einfacher Weise auch ein nachträglicher Einbau des Bypasses mit dem Zusatzheizgerät und der zum Heizkreislauf gehörenden Umwälzpumpe möglich. Zugleich wird dadurch erreicht, daß die Umwälzpumpe und das Zusatzheizgerät nicht von der vom Verbrennungsmotor kommenden Kühlflüssigkeit durchflossen wird, wenn der Verbrennungsmotor seine Betriebstemperatur erreicht hat und das am Bypaß vorgesehene Drei-Wege-Ventil umgeschaltet wurde.

Im Heizkreislauf kann ein Thermofühler mit einer Zwei-Punkt- Steuerung für den elektrischen Heizkörper angeordnet sein, der die Stromversorgung des Heizkörpers bei einer vorbestimmten Endtemperatur ausschaltet und bei Unterschreiten einer bestimmten Grenztemperatur einschaltet. Mit dem Thermofühler ist somit eine Erwärmung der Kühlflüssigkeit möglich, wobei die Erwärmung eine bestimmte Temperatur nicht überschreitet und eine darunterliegende Temperatur nicht unterschreitet. Der Vorgang läßt sich somit leicht automatisieren. Durch entsprechende Temperaturwächter ließe sich auch das Ein- und Ausschalten der Ventile bzw. des Drei-Wege-Ventils herbeiführen, der die Ein- und Ausschaltung des erfindungsgemäßen Heizkreislaufes steuert. So kann bei einer bestimmten niedrigen Außentemperatur und/oder bei entsprechend kaltem Motor automatisch eine Schaltstellung der Ventile durch einen Temperaturwächter herbeigeführt werden, der den erfindungsgemäßen Heizkreislauf entstehen läßt. Durch einen Temperaturfühler im Fahrgastraum kann weiterhin, wenn die gewünschte, zweckmäßigerweise auch frei vorwählbare Raumtemperatur erreicht ist, eine Umsteuerung der Ventile automatisch bewirkt werden, die den erfindungsgemäßen Heizkreislauf stoppt und die konventionelle Heizung über abgezweigte Wärme aus dem Motorkühlkreis einschaltet.

Der elektrische Heizkörper kann als Durchlauferhitzer mit Leitern aus elementarem, hochreinem, dotiertem Silicium ausgebildet sein. Diese sorgen für einen guten Wärmeübergang.

Die Silicium-Leiter können eine elektrisch isolierende Oberflächenschicht, wie Silicium-Oxyd, aufweisen und von der Flüssigkeit des Heizkreislaufes unmittelbar umströmt sein. Die Silicium-Leiter weisen somit eine den Wärmeübergang zur Heizflüssigkeit kaum behindernde Oberflächenschicht auf, welche für die elektrische Isolierung zwischen dem elektrischen Strom in Leiterinneren und dem Heizmedium sorgt.

Die Silicium-Leiter können Plattenform aufweisen, wobei an ihren beiden Plattenenden die Stromversorgung des elektrischen Heizkörpers angeschlossen ist und die Silicium- Leiter zwischen sich Strömungskanäle für die Flüssigkeit des Heizkreislaufes freilassen. Die plattenförmigen Silicium- Leiter lassen somit Strömungskanäle frei und sorgen damit für einen guten Wärmeübergang, da die plattenförmigen Silicium-Leiter große wärmeübertragende Flächen bei einfachem Aufbau aufweisen. Dadurch ist auch eine preiswerte Herstellung und eine kompakte Bauweise möglich.

Die Stromversorgung des Heizkörpers kann von einem eigenen, vom Motor des Kraftfahrzeuges angetriebenen, elektrischen Zusatzgenerator erfolgen. Mit einem solchen, am Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges angeschlossenen Zusatzgenerator kann der elektrische Durchlauferhitzer in einfacher und zuverlässiger Weise betrieben werden.

Die Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung des elektrischen Heizkörpers kann durch eine mechanische Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Zusatzgenerator erfolgen. Durch Ein- und Auskuppeln des Zusatzgenerators kann somit in einfacher Weise eine Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung des elektrischen Heizkörpers durchgeführt werden. Nach dem Ausschalten des elektrischen Heizkörpers ist der Zusatzgenerator vom Verbrennungsmotor entkuppelt und benötigt somit keinerlei Verlustleistung.

Die Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung des elektrischen Heizkörpers kann auch durch eine Unterbrechung der Felderregung im Zusatzgenerator erfolgen. Dadurch wird in einfacher Weise ein Ausschalten des elektrischen Heizkörpers erzielt.

Der elektrische Heizkörper, die zugehörige Umwälzpumpe und der Thermofühler mit der Zwei-Punkt-Steuerung können zu einer im Heizkreislauf einbaubaren Baueinheit zusammengefaßt sein. Dadurch ist eine besonders einfache Montage möglich. Ebenso kann die Baueinheit auch nachträglich eingebaut werden.

Der im Heizkreislauf angeordnete Thermofühler mit seiner Zwei-Punkt-Steuerung kann das Drei-Wege-Ventil zwischen seinen beiden Ventilstellungen umsteuern. Nach dem Erreichen der vorbestimmten Höchsttemperatur im Heizkreislauf erfolgt somit selbsttätig eine Umschaltung, die den Heizkreislauf unterbricht und den Nebenkreislauf einschaltet.

Im Bereich des Heizkörpers kann ein Maximal-Temperatur- Wächter angeordnet sein, der die Stromversorgung bei Überschreiten der Maximaltemperatur unterbricht. Dadurch wird in einfacher Weise eine Überhitzung des Heizkörpers vermieden.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 das Schaltschema vom Motor-Kühlkreis mit dem daran angeschlossenen Heizkreis, wobei die spezifischen Zusatzbauteile im Heizkreis, vom Kühlkreis aus gesehen, parallel zum im Fahrgastraum wirksamen Wärmetauscher angeordnet sind,

Fig. 2 ein alternatives Schaltbild zu Fig. 1, das sich dadurch unterscheidet, daß die Zusatzbauteile in Reihe zum Wärmetauscher angeordnet sind,

Fig. 3 halbschematisch einen Längsschnitt durch eine Baueinheit, worin die zum Heizkreislauf gehörenden Zusatzteile kompakt zusammengefaßt sind, und zwar entsprechend der Reihenschaltung von Fig. 2,

Fig. 4 einen Detailschnitt nach Fig. 3 längs der Schnittlinie IV-IV von Fig. 3, und

Fig. 5 halbschematisch die Seitenansicht eines den Heizkreis umfassenden Teilstücks der Schaltung von Fig. 1 bzw. 2, worin der Einbau der Baueinheit von Fig. 3, angedeutet ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Anlage zeigt die Schaltung für den Kreislauf eines Kühlmittels, insbesondere Wasser, das einen Motor 11, nämlich insbesondere einen Verbrennungsmotor, auf einer niedrigen Betriebstemperatur halten soll. Diese Anlage besteht zunächst aus einem konventionellen Kühlkreis 10, der die Leitungen 12, 13, 14 und 15 umfaßt. In die Leitung 13 mag der Verbrennungsmotor 11 geschaltet sein. Der Kühlkreis 10 umfaßt ferner eine Umwälzpumpe 16, die ebenfalls in die Leitung 13 geschaltet ist und einen Kühler 17, der in die Leitung 15 geschaltet sein mag.

Der Kühlkreis 10 besitzt üblicherweise auch noch eine Bypaßleitung 18, welche über ein Thermostatventil 19 die Leitung 12 mit der Leitung 14 unter Umgehung des Kühlers 17 verbindet. Das Thermostatventil 19 wird von einem Temperaturfühler 29 ausweislich der strichpunktiert angedeuteten Steuerleitung 28 betätigt. Der Temperaturfühler 29 stellt die Temperatur des in der Leitung 14 strömenden Kühlmittels fest. Die Umwälzpumpe 16 treibt das Kühlmittel im Sinne der Strömungspfeile 30 durch den Kühlkreis 10, wenn die normale Betriebstemperatur vorliegt und das Thermostatventil 29 die Bypaßleitung 18 sperrt. Das Kühlmittel durchströmt folglich den Motorkühler 17 und gibt seine Wärme an die Umgebung ab, bevor es in seiner weiteren Strömung im Kühlkreis 10 mit einer entsprechend niedrigeren Temperatur wieder zum Verbrennungsmotor 11 zurückströmt.

Ist aber die Betriebstemperatur noch nicht erreicht, wie der Temperaturfühler 29 in der Leitung 14 feststellt, so befindet sich das Thermostatventil 19 in seiner anderen Schaltstellung, in der die Bypaßleitung 18 freigegeben ist und die Leitung zum Motorkühler 17 zweckmäßigerweise gesperrt ist. Jetzt strömt das Kühlmittel durch den Antrieb der Umwälzpumpe 16 am Thermostatventil 19 unmittelbar in die Bypaßleitung 18 im Sinne der Strömungspfeile 31 von Fig. 1. Dadurch wird das Kühlmittel auf seinem Strömungsumlauf 31 in seiner Temperatur nicht erniedrigt, wodurch es, trotz des Kühlmittelumlaufs (31) zu einer wunschgemäß schnellen Erwärmung des Motors 11 auf seine gewünschte Betriebstemperatur kommt.

Es ist bei einer solchen Anlage aber auch möglich, das erwärmte Kühlmittel zugleich zur Erwärmung eines Fahrgastraums im Kraftfahrzeug zu verwenden. Aus diesem Grunde ist an dem vorbeschriebenen Kühlkreis 10 noch ein Nebenzweig 20 geschaltet, der die aus Fig. 1 ersichtlichen Leitungen 21, 22 und 23 umfaßt und einerseits über einen Knotenpunkt 24 mit seiner Leitung 23 an die Kühlkreisleitung 12 und andererseits über ein Stellventil 25 mit seiner Leitung 21 an die Kühlkreis-Leitung 14 angeschlossen ist. Zwischen dem Knotenpunkt 24 und dem Stellventil 25 verläuft, aber auch die den Kühler 17 umfassende Kühlkreis-Leitung 15.

Im Normalfall, wenn der Fahrgastraum nicht erwärmt zu werden braucht, befindet sich das Stellventil 25 in einer Schaltstellung, welche die Nebenzweig-Leitung 21 sperrt und eine Strömung des Kühlmittels ausschließlich in die Kühlkreis-Leitung 15 ermöglicht. Es ergibt sich somit die bereits anhand der Strömungspfeile 30 beschriebene Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreis 10.

Ist aber der Fahrgastraum unterkühlt, so kann man mittels des Stellventils 25 eine mehr oder weniger große Menge der Strömung 30 abzweigen und im Sinne der Strömungspfeile 32 durch den Nebenkreislauf 20 leiten. Diese Nebenströmung 32 trifft an dem Knotenpunkt 24 mit der Restströmung im Sinne der Pfeile 30 aus dem Kühlkreis 10 zusammen. Nun befindet sich in dem Nebenkreislauf, wie in der dortigen Leitung 22 angedeutet, ein Wärmetauscher 26, dem ein Gebläse 27 zugeordnet sein kann. Die Nebenströmung 32 kann also am Wärmetauscher 26 Wärme abgeben, die gegebenenfalls vom Fahrtwind oder vom Gebläse 27 in den Fahrgastraum transportiert wird. Durch eine geeignete Einstellung des Stellventils 25 kann die Größe der Nebenströmung 32 durch den Nebenkreislauf 20 bestimmt werden, womit die am Wärmetauscher 26 abzugebende Wärmemenge bestimmt ist. Die Einstellung des Stellventils 25 kann manuell oder, von einem Thermostaten gesteuert, automatisch erfolgen.

Wenn der Motor 11 kalt ist, kann die Nebenströmung 32 auch keine Wärme zum Wärmetauscher 26 transportieren, zumal, wie oben erläutert wurde, bei kaltem Motor über das Thermostatventil 19 die sich allmählich erwärmende Kühlflüssigkeit noch gar nicht bis in den Höhenbereich des Stellventils 25 gelangt, sondern durch die Bypaßleitung 18 nur den durch die Pfeile 31 markierten kleinen Kühlkreislauf erzeugt. Man muß daher zunächst einmal warten, bis der volle normale Kühlkreislauf 30 zustandekommt, nachdem das Thermostatventil 19 umgeschaltet hat, so daß am Stellventil 25 die Nebenströmung 32 für den Nebenkreislauf 20 überhaupt erst abgezweigt werden kann. Doch selbst dann dauert es noch geraume Zeit, bis die Temperatur alle Bauteile so weit erwärmt hat, daß eine spürbare Erwärmung im Fahrgastraum eintritt.

Ferner zeigt das Schema nach Fig. 1 einen Bypaß 40 parallel zur Leitung 22 mit dem Wärmetauscher 26, wobei der Bypaß 40 die Vorlaufleitung 22 und die Rücklaufleitung 23 des Wärmetauschers 26 unmittelbar verbindet. An der einen Anschlußstelle ist ein Drei-Wege-Ventil 41 angeordnet, während an der anderen Anschlußstelle ein einfacher Knotenpunkt 33 zwischen den Leitungen 23, 40 vorliegt. Als weitere Maßnahme nach der Erfindung sind ein elektrischer Heizkörper 42 und eine Umwälzpumpe 43 vorgesehen, die im Falle der Fig. 1 in den Bypaß 40 selbstgeschaltet sind. Als Heizkörper wird vorteilhafterweise Weise ein Silicium-Durchlauferhitzer verwendet, der im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 noch näher beschrieben wird. Die Umwälzpumpe 43 ist eine handelsübliche 12 Volt- Pumpe, die eine Wärmebeständigkeit von über 100°C besitzt, wenn als Kühlmittel Wasser verwendet wird. Damit ergibt sich folgende neue Wirkungsweise in der Anlage:

Bei kaltem Motor 11 und niedriger Temperatur im Fahrgastraum stellt ein Thermofühler 44, welcher dem elektrischen Heizkörper 42 nachgeschaltet ist, das Wärmedefizit fest und meldet es an eine nicht näher gezeigte Steuervorrichtung, die zwei Steuerimpulse auslöst. Der eine Steuerimpuls wirkt auf das Drei-Wege-Ventil 41 ein und bringt es in eine erste Ventilstellung, in der die dem Ventil 41 vorgeschaltete Verbindungsleitung 21′ für den Nebenkreislauf 20 gesperrt, aber der Bypaß 40 gegenüber der dem Ventil 41 nachgeschalteten Leitung 21 geöffnet ist. Dadurch ist die vorstehend beschriebene Nebenströmung 32 als Zweiströmung des Hauptstroms 30 gesperrt, jedoch es entsteht unter der Wirkung der Umwälzpumpe 43 eine eigene durch die Strömungspfeile 34 in Fig. 1 angedeutete Kreisströmung. Es entsteht folglich ein eigenständiger Heizkreislauf 45, der die Leitungen 23, 40, 20, 22 mit den dort eingebauten Bauteilen 26, 44, 42, 43 untereinander verbindet.

In dem angenommenen Fall eines Temperaturdefizits im Fahrgastraum geht aber von der erwähnten Steuervorrichtung, die vom Thermofühler 44 umgesteuert wird, noch ein zweiter Steuerimpuls aus, der die Stromversorgung des Silicium- Durchlauferhitzers 42 einschaltet. Dieser Heizkörper ist nämlich, wie durch die elektrischen Leitungen 46 angedeutet, mit einem Zusatzgenerator 47 in Verbindung, der über eine Kupplung 48 vom Motor 11 mit angetrieben wird. Der Steuerimpuls kann z. B. darin bestehen, daß die Kupplung 48 eingeschaltet und damit der Zusatzgenerator 47 in Betrieb gesetzt wird. Natürlich sind auch andere Ein- und Ausschaltmittel für den Zusatzgenerator 47 anwendbar, z. B. das Ein- und Ausschalten der Felderregung oder ein einfacher elektrischer Schalter innerhalb der elektrischen Leitungen 46.

In diesem Schaltzustand wird innerhalb des eigenen Heizkreislaufes 45 die im Heizkörper 42 entstehende Wärme zum Wärmetauscher 26 geführt und dort an den Fahrgastraum abgegeben. Diese Heizwirkung ist völlig unabhängig vom Kühlkreis 10 des Motors 11 und auf seiner über den Nebenzweig 20 erfolgenden Abzweigung, auch wenn maßgebliche Bestandteile dieses Nebenkreislaufs 20 mit in den erfindungsgemäßen Heizkreislauf 45 integriert sind. Diese Integration verringert den Bauaufwand für die Erfindung und spart Platz in der Anlage. Die besonderen Bauteile 40, 42, 43, 44 können, wie durch die strichpunktierte Einrahmung in Fig. 1 gezeigt ist, zu einer kompakten Baueinheit 49 zusammengefaßt sein, die im Zusammenhang mit Fig. 3 bei einer alternativen Gestaltung näher beschrieben wird.

Ist die gewünschte Temperatur im Fahrgastraum erreicht und/oder eine ausreichende Zeit verstrichen, innerhalb welcher das Kühlmittel im Kühlkreis 10 eine ausreichend hohe Betriebstemperatur erreicht hat, so kann von der erwähnten, nicht näher gezeigten Steuerung ein weiterer zweifach wirksamer Steuerimpuls ausgehen. Im vorliegenden Fall wird diese Umsteuerung ebenfalls von dem bereits erwähnten Thermofühler 44 ausgelöst, der im Nachlauf der Heizströmung 34 geschaltet ist. Ist eine definierte Endtemperatur erreicht, so unterbricht ein erster Steuerimpuls die Stromversorgung des elektrischen Heizkörpers 42, was im geschilderten Ausführungsbeispiel durch eine Lösung der Kupplung 48 geschehen kann, welche den Antrieb des Zusatzgenerators 47 unterbricht. Dieser erste Steuerimpuls wird im Falle der Auslösung durch die erreichte Betriebstemperatur im Kühlkreis zugleich dazu benutzt, um die für die Heizströmung 34 maßgebliche Umwälzpumpe 43 stillzusetzen. Hierzu genügt die Ausschaltung eines nicht näher in Fig. 1 gezeigten Schalters für die Stromversorgung dieser Umwälzpumpe 43. Die Umwälzpumpe 43 könnte ihre Stromversorgung auch über die bereits erwähnten elektrischen Leitungen 46 vom Zusatzgenerator 47 erhalten, bei dessen Ausschaltung natürlich dann auch die Umwälzpumpe 43 stillsteht.

Bei ausreichender Erwärmung des Fahrgastraums kann ein zweiter Steuerimpuls auch die erforderliche Umsteuerung am Drei-Wege-Ventil 41 bewirken, welches nunmehr den Bypaß 40 schließt und die Leitung 21 gegenüber der erwähnten Verbindungsleitung 21′ zum Kühlkreislauf 10 hin öffnet, weshalb dann in konventioneller Weise die Nebenströmung 32 einsetzt, um unter Ausnutzung der Motorwärme den Wärmetauscher 26 mit Wärmeenergie zu versorgen, welche den Fahrgastraum im weiteren Betrieb des Kraftfahrzeuges erwärmt. In der Zwischenzeit ist nämlich die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreis 10 ausreichend hoch, zumal, wenn die gewünschte Betriebstemperatur des Motors 11 bereits erreicht worden ist. Im weiteren Betrieb der Anlage wird daher die im Kühlkreis 10 anfallende Motorwärme für die Erwärmung des Fahrgastraums ausgenutzt.

Natürlich ist es auch möglich, auf eine automatische Steuerung der geschilderten Art zu verzichten und das Drei-Wege-Ventil 41 und/oder die Stromversorgung 46 des Heizkörpers 42 manuell ein- bzw. auszuschalten. All dies hängt ab von den Bedürfnissen und Anwendungen der Anlage im Kraftfahrzeug.

In Fig. 2 ist eine im Vergleich mit Fig. 1 alternative Schaltung schematisch dargestellt, wobei zur Bezeichnung der entsprechenden Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden sind. Es genügt, die Unterschiede zu beschreiben, weil in übriger Hinsicht die bisherige Beschreibung der Schaltung von Fig. 1 auch für die Fig. 2 gilt.

Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß der Bypaß 40 aus einer einfachen Leitung ohne Einschaltung der Zusatzbauteile besteht, diese vielmehr in Reihe zum Wärmetauscher 26 in der Nebenzweig-Leitung 21 angeordnet sind, nämlich außer dem Drei-Wege-Ventil 41 die Umwälzpumpe 43 und der elektrische Heizkörper 42, der auch hier zweckmäßigerweise aus einem Silicium-Durchlauferhitzer besteht, der über die elektrischen Leitungen 46 in der bereits beschriebenen Weise mit einem vom Motor 11 angetriebenen Zusatzgenerator 47 mit elektrischer Energie versorgt wird. Diese Bauteile sind zweckmäßigerweise zu einer durch den strichpunktierten Rahmen in Fig. 2 angedeuteten Baueinheit 49′ zusammengefaßt, die in Fig. 3 näher beschrieben wird. Hierzu gehört auch der Thermofühler 44, der in der geschilderten Weise mit der Steuerung der Energieversorgung und des Drei-Wege- Ventils 41 für die beiden alternativen Strömungen 32 bzw. 34 zuständig ist. Insoweit wird auf die vorausgehende Beschreibung verwiesen.

Aus Sicherheitsgründen empfiehlt es sich, wie in Fig. 1 und in Fig. 2 angedeutet ist, im Bereich des Heizkörpers 42 auch noch einen Maximal-Temperatur-Wächter 35 vorzusehen, der bei einer unzulässig hohen Erwärmung die Stromversorgung des Silicium-Durchlauferhitzers unterbricht, um ihn vor Beschädigungen oder Zerstörung zu schützen. Natürlich wäre es auch möglich, an Stelle des Drei-Wege-Ventils 41 zwei Ventile vorzusehen, die, allerdings in Abstimmung zueinander, einerseits den Durchgang zwischen der Verbindungsleitung 21′ und der Nebenkreislauf-Leitung 21 kontrollieren und andererseits das Öffnen bzw. Schließen des Bypaß 40 bewirken. Dies könnte auch dadurch geschehen, daß ein solches oder ein zusätzliches Ventil im Bereich des erwähnten anderen Kreuzungspunkts 33 zwischen dem Heizkreislauf 45 und der zum Kühlkreis 10 führenden Verbindungsleitung 23′ angeordnet ist. Schließlich wäre es auch möglich, an Stelle von manuell oder automatisch umsteuerbaren Ventilen 41 Rückschlagventile zu verwenden, die aufgrund ihrer Rückschlagwirkung normalerweise offen sind, wenn die geschilderte, von der Umwälzpumpe 16 ausgelöste Nebenströmung 32 allein wirksam ist, um die Motorwärme zum Wärmetauscher 26 zu überführen. Diese Rückschlagventile schließen aber, wenn die Umwälzpumpe 43 wirksam ist, die dabei gegenüber dem im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 bisher beschriebenen Heizströmung 34 entgegengerichtet verläuft und die durch den gestrichelten Strömungsfall 34′ in Fig. 2 angedeutete Gegenströmung verursacht. Bei dieser Gegenströmung 34′ schließt das eine Rückschlagventil aus dem Ventilkomplex 41 die Verbindungsleitung 21′ ab und unterbindet somit die konventionelle Nebenströmung 32, doch ein anderes Rückschlagventil öffnet den Bypaß 40 und ermöglicht daher eine im umgekehrten Sinne zum Heizkreislauf 45 zirkulierende Heizströmung durch den Wärmetauscher. Zu diesem Zwecke empfiehlt es sich, die Umwälzpumpe 43 der erfindungsgemäßen Baueinheit 49 bzw. 49′ mit einem höheren Pumpendruck zu betreiben, als die Umwälzpumpe 16 im Kühlkreis 10. Über die Art der Anwendung der verschiedenen Ventile und ihre Anordnung entscheidet der Aufbau und die Bedürfnisse der jeweiligen Anlage im Kraftfahrzeug. Diese Maßnahmen sind in das Belieben des Fachmanns gelegt.

Fig. 3 zeigt eine kompakte Baueinheit mit den maßgeblichen Bauteilen, wie sie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben worden sind, weshalb insoweit die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die Baueinheit 49′ wird dabei gemäß Fig. 5 in den Kreislauf der Anlage geschaltet, woraus folgendes entnehmbar ist:

Der Wärmetauscher 26 umfaßt eine Schar von parallelen Rohren 36, durch welche die Heizströmung 45 zwischen die Rohre verbindenden Endstücken 37 geleitet wird. Des besseren Wärmeübergangs wegen sind die Rohre 26 mit einer Schar von Lamellen 38 ausgerüstet. Die Endstücke 37 sind in sich, was nicht näher gezeigt ist, in Kammern geteilt, die einen bestimmten Durchlauf der Heizströmung durch die Rohre 36 bestimmen, weshalb aus Gründen eines einfachen Anschlusses die beiden Teile der Leitung 22, in welche der Wärmetauscher 26 geschaltet ist, vom gleichen Endstück 37 ausgehen und mit einem Anschlußflansch 39 endet.

Der Anschlußflansch 39 dient für die Verbindung der Baueinheit 49′, die ihrerseits einen Grundflansch 50 trägt, um über Bolzen od. dgl. befestigt zu werden.

Die Baueinheit 49′ umfaßt einen Block 51, worin die Nebenzweig- Leitung 23 einerseits und 21 andererseits als parallele Bohrungen ausgebildet sind, die den Block 51 von einem Ende 52 aus bis zum Gegenflansch 50 durchziehen. Am einen Blockende 52 sitzen Rohrstutzen 53 od. dgl., die zum Anschluß der beiden hier als Schläuche ausgebildeten Verbindungsleitungen 21′, 23′ dienen, welche zu den Knotenstellen 24, 25 des Kühlkreises 10 führen. Der Bypaß 40 ist als eine Querbohrung zwischen den beiden Längsbohrungen 23, 21 ausgebildet und an seiner Mündungsstelle in die Bohrung 21 sitzt ein als Drei-Wege-Ventil 41 dienender Ventilkörper 54, der aus der ausgezogen gezeichneten Ventilstellung in die strichpunktiert angedeutete andere Ventilstellung 54′ überführbar ist. In der erstgenannten Ventilstellung ist die Verbindung 21′ zum Kühkreis 10 gesperrt, weshalb, wie bereits beschrieben wurde, die Nebenströmung 32 aus dem Kühlkreis 10 nicht in den Block 51 wirksam werden kann. Die innerhalb des Blockes 51 befindliche Flüssigkeit wird vielmehr wegen der geschilderten Einschaltstellung der Umwälzpumpe 43 zu der aus Fig. 3 ersichtlichen Heizströmung 34 veranlaßt. Die Umwälzpumpe 43 kann, wie angedeutet, aus einer im Rotationssinne 56 angetriebenen Zahnradpumpe 57 bestehen, das in einer Aufnahme 55 des Blockes gelagert ist und dessen Energieversorgung in Fig. 3 durch Anschlußleitungen 58 am zugehörigen Antriebsmotor 59 verdeutlicht ist. Die Heizströmung durchfließt dann einen Silicium-Durchlauferhitzer 42, der in einer entsprechenden Aufnahme 60 des Blockes 21 gehaltert ist und aus einer Schar von Silicium-Platten besteht, die in einer aus Fig. 4 ersichtlichen Anordnung zueinander liegen bezüglich mehrfacher Durchlaßöffnungen 62 an beiden Enden. Die Silicium- Leiter 61 schließen Strömungskanäle 63 miteinander ein, die den Heizstrom 34 aufteilen und für eine große Oberfläche zwecks eines guten Wärmeübergangs sorgen. Die Heizleiter 61 sind nämlich an ihren beiden Enden mit Kupferplatten 71 gemeinsam kontaktiert, an welche, wie angedeutet, die erwähnten elektrischen Leitungen 46 angeschlossen sind und aufgrund des Stromdurchflusses zu einer Erwärmung des Siliciums sorgen. Oberflächlich sind die Silicium-Leiter mit einer elektrisch isolierenden Mikroschicht, die im einfachsten Fall aus Siliciumoxyd oder Siliciumdioxyd besteht, einen einwandfreien Wärmeübergang bewirkt und doch eine galvanische Trennung erzeugt. Alternativ könnte diese isolierende Schicht aus einer keramischen oder glasartigen Oxydschicht bestehen, wie auch thermisch stabile Kunststoffschichten aus Fluor-Kohlenstoff-Verbindungen, Silikonen, Polyamiden, Epoxydharzen od. dgl. aufgebracht sein können. Durch Dotieren mit Fremdatomen eines drei- oder fünfwertigen Elements kann der Silicium-Leiter 61 auf den erforderlichen Widerstand eingestellt werden. Die Anschlußenden besitzen eine Metallisierung.

Die Heizströmung 34 gelangt am Silicium-Durchlauferhitzer 42 zunächst in eine Kammer 64, wo sich die Flüssigkeit auf die verschiedenen Durchlaßöffnungen 62 verteilen kann. Durch das große Flüssigkeitsvolumen innerhalb des Heizkörpers 42 erfolgt die Strömung im Durchlauferhitzer 42 deutlich langsamer, als in der vorausgehenden Leitung 21, was für eine höhere Erwärmung der Flüssigkeit sehr vorteilhaft ist. In den erwähnten Strömungskanälen 63 sind alle Wandflächen durch Silicium-Leiter 61 gebildet. Diese Bauteile werden von einer Feder 65 in Position gehalten. Die im Silicium-Durchlauferhitzer 42 erwärmte Flüssigkeit verläßt durch die Austrittsöffnungen 62 die Strömungskanäle 63, findet sich in einer Sammelkammer 66 wieder zusammen, bevor sie durch die weitergeführte Bohrung 21 aus dem Block 51 im Bereich des Gegenflansches 50 austritt.

Das Ventil 41 ist durch einen Stelltrieb 67 umsteuerbar, der über elektrische Steuerleitungen 68 jeweils wirksam gesetzt wird. So kann zwecks Umschaltung der Ventilkörper in die bereits erwähnte zweite Ventilstellung 54′ überführt werden, womit die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 erläuterte andere Betriebsstellung der Anlage sich ergibt, in der der Bypaß 40 gesperrt, aber die Verbindungsleitung 21′ zum Kühlkreis 10 geöffnet ist. Jetzt kommt die bereits mehrfach erwähnte Nebenströmung 32 aus dem Kühlkreis 10 zur Wirkung, die in Fig. 3 durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet ist. In diesem Fall ist aber die Energieversorgung des Silicium- Durchlauferhitzers 42 durch seine elektrischen Leitungen 46 unterbrochen, was, in der bereits mehrfach beschriebenen Weise durch einen Thermofühler 44 bewirkt wird, der auch in den Leitungen des Blocks 51 integriert ist, nämlich im dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich der Eingangskammer 64 angeordnet ist. Seine Meßsignale gibt er über die angedeuteten Meßleitungen 69 an die bereits mehrfach erwähnte Steuerung weiter. Die Wirkungsweise vollzieht sich jedenfalls in der im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise.

Für den dichtenden Übergang zwischen den Leitungen 22 einerseits und den Bohrungen 23, 21 andererseits, können im Bereich des Gegenflansches 50 Ringdichtungen 70 die Bohrungsmündungen umgeben. Die Steuerung der Stromversorgung 46, 47, 48 einerseits und des Ventils 41 bzw. mehrere Teilventile andererseits kann auch von einem Thermostaten im Fahrgastraum ausgehen. Ferner könnte die Auslösung dieser Steuerung durch einen Thermofühler im Kühlkreis 10 der Anlage erfolgen. Schließlich könnten zur Umsteuerung dieser Bauteile gleichzeitig mehrere Fühlglieder kombiniert werden, die einerseits die Temperaturverhältnisse im Fahrgastraum bzw. Heizkreis 45 kontrollieren und andererseits die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreis 10 überwachen.

Bezugszeichenliste:

10 Kühlkreis
11 Verbrennungsmotor
12 Leitung von 10
13 Leitung von 10
14 Leitung von 10
15 Leitung von 10
16 Kühlmittelpumpe
17 Motorkühler
18 Umgehungsleitung
19 Thermostatventil
20 Nebenzweig
21 Leitung von 20
21′ Verbindungsleitung zwischen 20, 10
22 Leitung von 20
23 Leitung von 20
23′ Verbindungsleitung zwischen 20, 10
24 Knotenpunkt
25 Stellventil
26 Wärmetauscher
27 Gebläse
28 Steuerleitung
29 Temperaturfühler
30 Strömungspfeil in 10, Hauptströmung
31 Strömungspfeil in 18
32 Strömungspfeil in 20, Nebenströmung
33 Knotenpunkt
34 Strömungspfeil in 45, Heizströmung
34′ Gegenströmung in 45
35 Maximaltemperatur-Wächter
36 Rohre von 26 (Fig. 5)
37 Endstücke von 26
38 Lamellen von 26
39 Anschlußflansch
40 Bypaß
41 Drei-Wege-Ventil
42 elektrischer Heizkörper, Silicium-Durchlauferhitzer
43 Umwälzpumpe
44 Temperaturfühler
45 Heizkreislauf
46 elektrische Leitung
47 Zusatzgenerator
48 Kupplung
49 Baueinheit von Fig. 1
49′ Baueinheit von Fig. 2, 3
50 Gegenflansch von 49′
51 Block von 49′
52 Blockende
53 Rohrstutzen
54 Ventilkörper, erste Ventilstellung
54′ zweite Ventilstellung von 54
55 Aufnahme
56 Rotationspfeil von 57
57 Flügelrad
58 Anschlußleitung
59 Antriebsmotor für 57
60 Aufnahme für 61
61 Silicium-Leiter
62 Durchlaßöffnung
63 Teilungskanal
64 Kammer
65 Feder
66 Sammelkammer
67 Stelltrieb
68 Steuerleitung
69 Meßleitung
70 Ringdichtung
71 Kupferplatte

Claims

1. Heizung für den Fahrgastraum von Kraftfahrzeugen, die einen geschlossenen, mit einer Umwälzpumpe (16) betriebenen Kühlkreislauf für die Abführung der im Verbrennungsmotor (11) entstehenden Wärme über einen Kühler (17) aufweisen, wobei zwischen Vorlauf- und Rücklaufleitung des Kühlers eine thermostatgesteuerte Bypaßleitung (18) vorgesehen ist, über welche in der Warmlaufphase der Kühler umgehbar ist, mit einem parallel zum Kühlkreislauf angeordneten steuerbaren Heizkreislauf (45), über den mittels eines Wärmetauschers (26) dem Fahrgastraum Wärme aus dem Kühlkreislauf und/oder aus einem über eine weitere Umwälzpumpe (43) angeschlossenen Zusatzheizgerät (42) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzheizgerät (42) von einem elektrischen Heizkörper gebildet ist, und daß parallel zum Wärmetauscher (26) am Heizkreislauf (45) ein Bypaß (40) vorgesehen ist, der mit seinem einen Ende über ein Drei-Wege-Ventil (41) an der Vorlaufleitung (22) und mit seinem anderen Ende an der Rücklaufleitung (23) des Wärmetauschers (26) angeschlossen ist, derart, daß er in einer Stellung des Drei-Wege-Ventils (41) mit dem Wärmetauscher (26), der weiteren Umwälzpumpe (43) und dem Zusatzheizgerät (42) einen geschlossenen, vom Kühlkreislauf abgekoppelten Heizkreislauf (45) bildet.

2. Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzheizgerät (42) und/oder die zum Heizkreislauf (45) gehörende Umwälzpumpe (43) im Bypaß (40) angeordnet sind.

3. Heizung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Heizkreislauf (45) befindliche Umwälzpumpe (43) im Gegenstrom zur vom Kühlkreislauf (10) bewirkten Strömungsrichtung (32) fördert und das Drei-Wege-Ventil (41) aus selbsttätig wirkenden Rückschlagventilen gebildet ist.

4. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizkreislauf (45) ein Thermofühler (44) mit einer Zwei-Punkt-Steuerung für den elektrischen Heizkörper (42) angeordnet ist, der die Stromversorgung (46, 47) des Heizkörpers (42) bei einer vorbestimmten Endtemperatur ausschaltet und beim Unterschreiten einer bestimmten Grenztemperatur einschaltet.

5. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizkörper (42) als Durchlauferhitzer mit Leitern (61) aus elementarem, hochreinem, dotierten Silicium ausgebildet ist.

6. Heizung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Silicium-Leiter (61) eine elektrisch isolierende Oberflächenschicht, wie Silicium-Oxyd, aufweisen und von der Flüssigkeit des Heizkreislaufs (45) unmittelbar umströmt sind.

7. Heizung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Silicium-Leiter (61) Plattenform aufweisen, an ihren beiden Plattenenden die Stromversorgung (46) des elektrischen Heizkörpers (42) angeschlossen ist und die Silicium-Leiter (61) zwischen sich Strömungskanäle (63) für die Flüssigkeit des Heizkreislaufes (45) freilassen.

8. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung (46) des Heizkörpers von einem eigenen, vom Motor (11) des Kraftfahrzeuges angetriebenen, elektrischen Zusatzgenerator (47) erfolgt.

9. Heizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung (46) des elektrischen Heizkörpers (42) durch eine mechanische Kupplung (48) zwischen dem Verbrennungsmotor (11) und dem Zusatzgenerator (47) erfolgt.

10. Heizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung (46) des elektrischen Heizkörpers (42) durch eine Unterbrechung der Felderregung im Zusatzgenerator (47) erfolgt.

11. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizkörper (42), die zugehörige Umwälzpumpe (43) und der Thermofühler (44) mit der Zwei-Punkt-Steuerung zu einer im Heizkreislauf (45) einbaubaren Baueinheit (49, 49′) zusammengefaßt sind.

12. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der im Heizkreislauf (45) angeordnete Thermofühler (44) mit seiner Zwei-Punkt-Steuerung das Drei-Wege-Ventil (41) zwischen seinen beiden Ventilstellungen (54, 54′) umsteuert.

13. Heizung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Heizkörpers (42) ein Maximaltemperaturwächter (35) angeordnet ist, der die Stromversorgung (46) bei Überschreiten der Maximaltemperatur unterbricht.