DE3544589C2 - Heizbares Element einer Scheibenwaschanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein heizbares Element einer Scheibenwaschanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Fluide im Kraftfahrzeug werden zur Steuerung von Aggregaten, zur Kühlung des Motors und allgemein zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit eingesetzt. Als flüssiges Medium kommt in erster Linie Wasser zum Einsatz, nämlich zum Kühlen des Motors und zum Betrieb der Wisch-Waschanlage, für die Wind­ schutzscheibe und die Heckscheibe des Kraftfahrzeuges. In der kalten Jahreszeit werden dem Kühl- und dem Waschwasser zur Erniedrigung des Gefrierpunktes organische Flüssig­ keiten zugemischt.

Gerade in der Wisch-Waschanlage des Kraftfahrzeuges hat sich jedoch die Zumischung von organischen Flüssigkeiten nicht als ausreichend zuverlässig gegen ein Einfrieren des Wasch­ wassers erwiesen. Die Gründe hierfür liegen im Aufbau der Wisch-Waschanlage mit ihren relativ langen Fluidleitungen geringen Durchmessers, die unterhalb der zu reinigenden Scheibe in Austrittsdüsen mit geringer Öffnungsweite enden. Diese Schläuche und Düsen führen übrigens genauso wie das zwischen dem Fluidvorratsbehälter und den Austrittsdüsen angeordnete Rückschlagventil ständig Waschfluid, das auf­ grund seiner dünnen Schichtdicke trotz Beimischung gefrier­ punkterniedrigender Flüssigkeiten durch deren Verdunsten bei Minustemperaturen einfriert und die Wisch-Waschanlage des Kraftfahrzeuges außer Kraft setzt.

Um ein Zufrieren der Austrittsdüsen einer Scheibenwaschan­ lage zu verhindern, ist es bereits bekannt, die Austritts­ düsen zu beheizen. Diese bekannte Heizvorrichtung umfaßt einen Hitzedraht der um den Düsenkörper gewickelt und an die Kraftfahrzeugbatterie angeschlossen ist. Der Heizstrom für diese Heizvorrichtung ist so hoch gewählt, daß den Aus­ trittsdüsen auch im Falle extrem niedriger Außentemperaturen stets genügend Wärme zugeführt wird. Aufgrund der relativ geringen Masse der Austrittsdüsen belastet dieser Heizstrom die KFZ-Starterbatterie nur in unerheblichem, auf keinen Fall gefährlichem Maße.

Trotz zuverlässig arbeitender Heizvorrichtung für die Aus­ trittsdüsen, fallen mit diesen Düsen ausgerüstete Scheibenwaschanlagen bei winterlichen Temperaturen regel­ mäßig aus. Der Grund dafür liegt einfach darin, daß die übrigen Elemente der Scheibenwaschanlage, nämlich die Fluid­ leitungen und das Rückschlagventil weiterhin zum Einfrieren tendieren. Eine Anwendung der bekannten Heizvorrichtung für die Austrittsdüsen auf das Rüchschlagventil und die Fluid­ leitungen kommt jedoch nicht in Betracht, da die dafür be­ nötigte elektrische Leistung nicht mehr kontinuierlich aus der Starterbatterie aufgebracht werden kann. Eine Stromver­ sorgung über das Zündschloß, also bei laufendem Motor und arbeitender Lichtmaschine, wäre zwar vom energetischen Stand­ punkt aus vertretbar, würde jedoch keine Lösung darstellen für ein im Freien geparktes Kraftfahrzeug, da bei abgestell­ tem Motor die Energieversorgung der Heizanlage entfällt.

Aus der DE-OS 21 04 320 ist eine Einrichtung zum Verhindern des Einfrierens der Spritzdüsen von Scheibenwaschanlagen an Kraftfahrzeugen bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die Spritzdüsen von einer heizbaren Spule umgeben, wobei diese Heizspule zwangsläufig mit der Betätigung der Heizung des Fahrzeuges geschaltet wird. Diese bekannte Vorrichtung verhindert zwar zuverlässig ein Entleeren der Batterien durch den Heizstrom, doch sie vermag insbesondere nicht ein Zufrieren der Spritzdüsen zu verhindern.

Aus der DE-AS 11 32 670 ist eine Schalteinrichtung mit Kaltleiter bekannt. Diese bekannte Schalteinrichtung dient zur selbsttätigen Temperaturregelung von elektrischen Wärmegeräten mittels eines in Wärmekontakt mit dem Wärmegerät stehenden vom Heizstrom ganz oder teilweise durchflossenen Kaltleiters. Diese Druckschrift betrifft jedoch ausschließlich Wärmegeräte, wie beispielsweise elektrische Kochplatten, elektrische Wasserkocher, Heißwasserspeicher, Bügeleisen, Bratöfen und dergleichen, d. h. Geräte der Starkstromelektrik. Ein Hinweis für die Verwendung einer derartigen Regelung im Bereich der Elektronik bzw. Autoelektrik ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein heizbares Element zu schaffen, das es erlaubt, auch größere Aggregate, wie beispielsweise die gesamte Scheibenwaschanlage eines Kraft­ fahrzeuges unter Energieversorgung aus der Starterbatterie zu betreiben.

Diese Aufgabe wird durch ein heizbares Element nach der Lehre des Anspruches 1 gelöst.

Der Kern der Erfindung besteht also darin, die Energieauf­ nahme der Heizvorrichtung an die jeweilige Umgebungstempera­ tur der zu beheizenden und fluidführenden KFZ-Teile anzu­ passen. Für eine energetisch günstige Temperaturführung ist es dabei von entscheidender Bedeutung, daß die Temperatur in unmittelbarer Umgebung des heizbaren Elements er­ faßt und zur Regelung des Heizstromes verwendet wird. Dadurch wird nämlich gewährleistet, daß Stromstärke und Dauer der Heizstromzuführung auf das unbedingt benötigte Maß begrenzt werden, daß also mit anderen Worten keine Energieverschwen­ dung stattfindet.

Dadurch ist aber auch gewährleistet, daß eine Mehrelement­ scheibenwaschanlage, auf der für die Betriebssicherheit notwendigen Temperatur, nämlich über 0°C gehalten werden kann. Insbesondere erlaubt es die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mit Temperaturführung des Heizstromes, diesen kontinuierlich aus der Starterbatterie zu beziehen, ohne daß der Ladezustand dieser Batterie in schädlicher Weise beeinflußt wird.

Vorteilhafterweise wird ein Regelelement verwendet, dessen Regelcharakteristik auf die Wärmekapazität des zu beheizen­ den KFZ-Teils abgestimmt ist. Das erfindungsgemäß bevor­ zugte Regelelement ist ein Kaltleiter, also ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten, ein sogenannter PTC- Widerstand. Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Heizvorrich­ tung für die Beheizung von Elementen einer Scheibenwaschan­ lage wird vorzugsweise ein Kaltleiter eingesetzt, der im Bereich von 0°C eine Änderung des Widerstandswertes pro °C um mindestens eine Zehnerpotenz aufweist. Bei Verwendung dieser Heizvorrichtung für die Elemente einer Scheibenwasch­ anlage kann der nicht ganz billige Zusatz von organischen Flüssigkeiten zur Waschanlage vollständig entfallen.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung eignet sich für sämtli­ che Elemente einer Scheibenwaschanlage, nämlich sowohl für die Eintrittsdüsen als auch für die Fluidleitungen und für das Rückschlagventil. Vorzugsweise wird die Heizvorrichtung zumindest für die Austrittsdüsen und für das Rückschlagventil der Scheibenwaschanlage eingesetzt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Heiz­ vorrichtung sieht es vor, diese temperaturgeführte Heizvor­ richtung mit herkömmlichen, nicht selbsttätig temperaturge­ führten Heizvorrichtungen zu kombinieren. Bei dieser Kombi­ nation einer oder mehrerer passiver Heizvorrichtungen mit der aktiven, temperaturgeführten Heizvorrichtung, ist es vorteil­ hafterweise vorgesehen, dasjenige Element mit der tempera­ turgeführten Heizvorrichtung zu versehen, welches die größte Wärmekapazität aufweist. Im Falle einer Scheibenwaschanlage, die aus einem Rückschlagventil, mehreren Fluidleitungen und Austrittsdüsen besteht, wäre also das Rückschlagventil mit der temperaturgeführten Heizvorrichtung zu versehen, während es durchaus genügt, die übrigen Elemente mit passiven Heiz­ vorrichtungen auszustatten, die ihren Heizstrom jedoch über den Kaltleiter der Heizvorrichtung für das Rückschlagventil beziehen, und damit indirekt ebenfalls temperaturgeführt sind.

Vorzugsweise sind der Kaltleiter, die elektrischen Anschluß­ teile und die Heizelemente der erfindungsgemäßen Heizvorrich­ tung in dem jeweils zu beheizenden, fluidführenden KFZ-Teil integriert. Diese Integration von Heizvorrichtung und zu be­ heizendem Element ist vor allen Dingen für eine Massenpro­ duktion dieser Teile von großem Interesse.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist diese als Modul aufgebaut, und dieses modulartige Heizbauteil kann jederzeit nachträglich an das zu beheizende Element angeschlossen werden. Vorteilhafter­ weise besteht dieses Modul aus einem im wesentlichen zylind­ rischen Heizmantel, in den der Kaltleiter, die Heizelemente und die elektrischen Anschlußteile integriert sind. Besonders vorteilhaft für die Nachrüstung ist dabei ein Heizmantel, der entlang einer Mantellinie so geteilt ist, daß er auf das zu beheizende Teil, beispielsweise auf das Rückschlag­ ventil aufgeklipst werden kann und das Ventil dabei zur besseren Wärmeleitung fest umspannt. Vorzugsweise sind dabei Kaltleiter, Heizelemente und elektrische Anschlußteile von demselben warmfesten Kunststoff umgossen oder umspritzt, aus dem auch der Heizmantel besteht.

Ein besonders hoher Wirkungsgrad für die erfindungsgemäße Heizvorrichtung wird mit Heizelementen erreicht, die zwei Blechhalbschalen umfassen, vor allen Dingen Halbschalen aus Aluminiumblech, welche sich vorzugsweise, bis auf den Trenn­ bereich des Heizmantels entlang seiner Zylindermantellinie über den gesamten Umfang und die gesamte Höhe des Heizmantels erstrecken. Diese Blechhalbschalen sind vorzugsweise unmittel­ bar an der Heizmantelinnenfläche angeordnet oder bilden al­ ternativ dazu in Form kunststoffbeschichteter Heizbleche selbst die Heizmantelinnenfläche.

Vorzugsweise wird eine Kaltleiterbauform gewählt, die es er­ laubt, direkt als Verbindungsglied für die beiden halbscha­ lenförmigen Heizbleche eingesetzt zu werden. Zusätzliche Verbindungselemente für die Blechhalbschalen können dadurch entfallen, so daß die Produktion der Heizvorrichtung insge­ samt vereinfacht wird. Ebenso sind die elektrischen Anschluß­ teile für die erfindungsgemäße Heizvorrichtung vorteilhafter­ weise direkt an den beiden Heizblechen bzw. am Kaltleiter angelötet oder angeschweißt.

Gemäß einer möglichen Ausgestaltung umfaßt die erfindungsgemäße Heizvorrichtung einen zylinderförmigen Trägerkörper aus einem wärmefesten Isoliermatieral, auf welchem Heizdraht in an sich bekannter Weise aufgewickelt oder eingespannt ist. Dieser mit einer Heizwicklung versehe­ ne Trägerkörper eignet sich sowohl als Grundelement für einen modulartigen Aufbau der Heizvorrichtung als auch zur direkten Integration im Mantel des zu beheizenden, fluid­ führenden KFZ-Teiles, und wird mit diesem zusammen in Groß­ serie hergestellt.

Die Erfindung soll im Nachfolgenden anhand der Zeichnung näher erläutert werden; in dieser zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Außenansicht einer als Modul aufgebauten Heizvor­ richtung und

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Bauteil von Fig. 1

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Heizvorrichtung 10 besteht aus einem klammerförmig ausgestalteten Heizmantel 14, aus einem warmfesten Kunststoff, in den Heizelemente 15 und 16 sowie ein Kaltleiter 12 eingebettet sind. Der Heizman­ tel 14 umfaßt im wesentlichen zwei Halbschalen 25 und 26, die an einem Ende über einen axialen Steg 27 miteinander verbunden sind und deren freie Enden so weit voneinander be­ abstandet sind, daß dieser Heizmantel 14 durch zerstörungs­ freies Aufspreizen und anschließendes elastisches Umklammern auf den Mantel eines in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Rückschlagventils einer Scheibenwaschanlage aufgeklipst werden kann.

Die Kontaktflächen zum Außenmantel des Rückschlagventils bilden die schalenförmigen zentralen Abschnitte der beiden Heizbleche 15 und 16, die sich axial entlang des gesamten Heizmantels 14 erstrecken. Sie sind mit Kunststoff beschich­ tet und sind unmittelbar an der Heizmantelinnenfläche so angeordnet, daß ihre Innenflächen die Heizmantelinnenfläche im Verbindungsbereich mit dem zubeheizenden KFZ-Teil bilden. Im Bereich des Heizmantelsteges 27 sind die Heizelemente 15 und 16 als Winkelprofilteil ausgebildet, die im zentralen Stegabschnitt den Kaltleiter 12 umschließen und mit diesem verschweißt sind.

An ihrem freien, dem Heizmantelsteg 27 gegenübergelegenen Ende umfassen die Heizelemente 15 und 16 jeweils einen axial verlaufenden Flanschansatz 28 und 29, an den in nicht dargestellter Weise elektrische Anschlüsse 17 und 18 in Stiftform angeschweißt sind, über welche die Heizvorrich­ tung 10 an die Startbatterie eines KFZs angeschlossen ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt die Heizvorrichtung 10 einen weiteren elektrischen Anschlußstift 19, über welchen ein externes Heizelement, das keinen eigenen Kaltleiter umfaßt, mit Heizstrom versorgt wird, dessen Höhe durch den aktuellen Widerstandswert des Kaltleiters 12 der Heizvor­ richtung 10 geregelt ist. Zu diesem Zweck ist der Anschluß­ stift 19 entweder am Heizelement 15 oder am Heizelement 16 angeschweißt, oder ebenso wie die Heizstifte 17 und 18 ein­ stückig an diesem ausgebildet.

Claims (11)

1. Heizbares Element einer Scheibenwaschanlage für Kraftfahrzeuge, insbesondere ein Rückschlagventil, mindestens eine Austrittsdüse und Fluidleitungen, die einen Vorratsbehälter mit der Austrittsdüse verbinden, wobei zumindest eines dieser Elemente mit einer elektrischen Heizvorrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung ein in Wärmekontakt mit dem zu beheizenden Element der Scheibenwaschanlage stehendes Regelelement zur Regelung des Heizstroms umgekehrt proportional zur Temperatur dieses fluidführenden Elementes aufweist, wobei die Temperatur des fluidführenden Elementes zumindest geringfügig über der Gefriertemperatur des Fluides gehalten wird.

2. Heizbares Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement ein Kaltleiter (12) bzw. ein PTC- Widerstand ist.

3. Heizbares Element nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Kaltleiter (12) mit einem im Bereich von 0°C um mindestens eine Zehnerpotenz pro °C sich ändernden Widerstandswert.

4. Heizbares Element nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen auf das zu beheizende Element aufsteckbaren Heiz­ mantel (14), in den Kaltleiter (12), Heizelemente (15, 16) und elektrische Anschlußteile (16, 17, 18) modulartig integriert sind.

5. Heizbares Element nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kaltleiter (12), Heizelemente (15, 16) und elektrische Anschlußteile (17, 18, 19) von dem warmfesten Kunststoff umgossen oder umspritzt sind, aus dem auch der Heiz­ mantel (14) besteht.

6. Heizbares Element nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (15, 16) aus zwei Blechhalbschalen, insbesondere Aluminiumblechhalbschalen bestehen, die sich im wesentlichen über den gesamten Umfang und die gesamte Höhe des Heizmantels (14) erstrecken.

7. Heizbares Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden halbschalenförmigen Heizbleche (15, 16) mit dem Kaltleiter (12), insbesondere durch Lötung oder Punktverschweißung zu einer Einheit verbunden sind.

8. Heizbares Element nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (15, 16) unmittelbar an der Heizmantelinnenfläche angeordnet sind oder in Form kunststoffbe­ schichteter Heizbleche diese Innenfläche selber bilden.

9. Heizbares Element nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (15, 16), Kaltleiter (12) und elektri­ sche Anschlußteile (17, 18, 19) im Mantel des zu beheizen­ den, fluidführenden Elements (20) integriert sind.

10. Heizbares Element nach einem der Ansprüche 2 bis 9, gekennzeichnet durch eine von außen zugängliche Kaltleiteranzapfung (19) zum Anschluß von externen Heizelementen.

11. Heizbares Element nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen direkten Anschluß an die Batterie des Kraftfahrzeuges.