DE3942732C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher einer Stand­ heizung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, des Anspruchs 9 bzw. des Anspruchs 13.

Standheizungen für Kraftfahrzeuge sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt, wobei man verschiedenen Typen von Standheizungen unterscheidet, einerseits nach Art des Brenners (Verdampferbrenner, Zerstäubungs­ brenner . . . ), und andererseits nach Art des Heizmediums (Wasser, Luft). Unabhängig von den verschiedenen Typen von Standheizungen besitzt jedoch praktisch jede Standheizung einen Wärmetauscher, der die Aufgabe hat, Wärmeenergie von einem durch den Brennerbetrieb gebildeten Heißgas auf ein Heizmedium, also z. B. Luft oder Wasser zu übertragen. Hierzu befindet sich im Anschluß an die Brennkammer ein Heißgasraum, der von einer etwa zylindrischen Wärmetauscherwand umgeben ist. Auf der Mantelfläche dieser zylindrischen, an der Stirnseite geschlossenen Wärmetauscherwand be­ finden sich spiralförmig Rippenwände definierter Höhe, an deren Spitzen die Innenfläche eines eben­ falls zylindrischen Außengehäuses anliegt.

Dadurch wird zwischen dem Außengehäuse und der Außen­ fläche der Wärmetauscherwand ein Heizmediumkanal definiert. Das Heizmedium, z. B. Wasser, wird an dem geschlossenen Ende des Außengehäuses in den Heiz­ mediumkanal kalt eingeleitet und wird beim Durch­ strömen des spiralförmigen Heizmediumkanals erwärmt, bevor es an dem der Brennkammer zugewandten Ende des Wärmetauschers austritt und von dort beispiels­ weise zu einem Heizkörper im Fahrgastraum strömt.

Aus Gründen der Betriebssicherheit wird unter anderem die Temperatur des Wärmetauschers überwacht. Hierzu befindet sich vorzugsweise im Bereich des ge­ schlossenen Endes am Umfang des Außengehäuses ein Temperaturüberwachungselement, z. B. eine Schmelz­ sicherung oder ein Überhitzungsschalter. Dieses Temperaturüberwachungselement ist in dem Außengehäuse gelagert und berührt mit einer Kontaktfläche die Außenfläche der Wärmetauscherwand. Bei einem Wärme­ tauscher mit Luft als Heizmedium kann das Temperatur­ überwachungselement auch mit einem gewissen Abstand von der Wärmetauscherwand gehalten sein.

Ist z. B. der Umlauf des Heizmediums gestört, so daß das Heizmedium in dem Heizmediumkanal stillsteht und keine Wärmeenergie mehr abführen kann, so kommt es relativ schnell zu einer beträchtlichen Temperatur­ erhöhung, so daß die Standheizung aus Sicherheits­ gründen sofort abgeschaltet werden muß. Durch das Temperaturfühlelement wird eine Überhitzung der Wärmetauscherwand festgestellt und durch eine Strom­ kreisunterbrechung oder ein anderes Überwachungs­ signal der Brenner der Standheizung ausgeschaltet.

Ein Wärmetauscher der eingangs genannten Art ist aus der DE 38 39 244 A1 bekannt. Mit Hilfe einer Feder wird das Temperaturüberwachungselement gegen die Kontaktfläche der Wärmetauscherwand vorgespannt, wo­ bei die Kontaktfläche speziell ausgebildet ist, um eine möglichst enge Berührung zu gewährleisten. Bei der vorliegenden Erfindung geht es darum, bauliche Alternativen anzugeben, und außerdem eine Möglichkeit zu eröffnen, den Temperaturfühler nicht in Berührung mit der Wärmetauscherwand zu halten, sondern ihn in einem kleinen Abstand dazu zu halten, wobei dieser Ab­ stand konstant bleiben soll.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Wärmetauscher einer Standheizung für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem mit einer neuen Konstruktion unter allen Umständen das Anliegen der Kon­ taktfläche des Temperaturüberwachungs­ elements an der Wärmetauscherwand bzw. ein gleich­ bleibender Abstand zu der Wärmetauscherwand gewähr­ leistet ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9 bzw. 13.

Eine besonders günstige Befestigung des Temperatur­ überwachungselements ist möglich, wenn außen an dem Außengehäuse ein Rohrstutzen ausgebildet ist, z. B. angegossen ist. Der Rohrstutzen nimmt Vorspann­ mittel auf, die gegen das Temperaturüberwachungs­ element wirken und es gegen die Außenfläche der Wärmetauscherwand vorspannen. Bei den Vorspannmitteln kann es sich um eine Tellerfeder, eine Ringfeder oder dergleichen handeln, die in der Innenwand des Rohrstutzens gelagert ist.

Es kann auch in dem Rohrstutzen eine Schraubenfeder als Druckfeder untergebracht sein, wobei diese Druck­ feder sich nach außen beispielsweise an einem Ring­ flansch am Ende des Rohrstutzens oder an einer auf den Rohrstutzen sitzenden Kappe abstützt.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung sind die Vorspannmittel als Gummiring zwischen dem Temperaturüberwachungselement einerseits und der Innenwand des Rohrstutzens andererseits ausge­ bildet, wobei der Gummiring derart angebracht ist, daß im Normalzustand des Wärmetauschers eine Vorspannung auf das Temperaturüberwachungselement ausgeübt wird.

In einer anderen speziellen Aus­ führungsform der Erfindung ist in dem Rohrstutzen eine Druckkammer gebildet, die über eine Durchlaß­ leitung mit dem Heizmediumkanal in Verbindung steht.

Besonders dann, wenn der Umlauf des Heizmediums gesperrt ist, erhöht sich der Druck des Heizmediums aufgrund der Wärmeausdehnung relativ stark. Dieser Druck wirkt innerhalb der Druckkammer von außen auf das Temperaturüberwachungselement und preßt dieses mit hoher Kraft gegen die Außenfläche der Wärme­ tauscherwand. Eine rasche Reaktion des insbesondere als Überhitzungsschalter ausgebildeten Temperatur­ überwachungselements ist die Folge.

Insbesondere dann, wenn als Heizmedium Luft verwendet wird, sieht die Erfindung vor, daß das Temperatur­ überwachungselement in einem Halter gelagert ist, von dem es mit einem bestimmten Abstand von der Wärmetauscherwand gehalten wird, wobei der Halter sich auf der Wärmetauscherwand abstützt. Eine Feder spannt das Temperaturüberwachungselement direkt oder indirekt über den Halter gegen die Wärmetauscherwand vor. Der Halter kann ein geformtes Blechteil mit Durchström­ öffnungen für das Heizmedium sein. Durch diese Ausge­ staltung der Erfindung kann stets ein bestimmter Ab­ stand zwischen der Oberfläche des Wärmetauschers und der dieser zugewandten Fläche des Temperaturüberwachungs­ elements beibehalten werden. Diese Ausgestaltung empfiehlt sich bei Luft als Heizmedium, da keine gravierenden Probleme bei der Abdichtung derjenigen Stelle des Außengehäuses bestehen, an der der Halter mit dem Temperaturüberwachungselement eingesetzt ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Eck-Ausschnitt einer Längsschnitt­ ansicht einer Standheizung für ein Kraft­ fahrzeug mit einem Wärmetauscher; und

Fig. 2 bis 4 jeweils eine Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen Teil einer Stand­ heizung, von der hier lediglich das rechte, dem Brenner der Standheizung abgewandte Ende der oberen Hälfte dargestellt ist. Links von dem in Fig. 1 dargestellten Detail befindet sich eine Brennkammer mit beispielsweise einem Verdampfer, einem Verbrennungsluftgebläse und weiteren, hier nicht näher interessierenden Einzel­ heiten. An die Brennkammer schließt sich nach rechts ein Heißgasraum 4 an, dessen der Brennkammer abge­ wandtes Ende in Fig. 1 dargestellt ist. Innerhalb des Heißgasraums befindet sich ein Führungsrohr 6. Das Heißgas gelangt, wie durch Pfeile angedeutet, aus der Mitte des Heißgasraums und des Führungsrohrs zur Innen­ fläche des stirnseitigen Endes einer Wärmetauscherwand 8 und wird dort umgelenkt, um zwischen dem zylindrischen Teil der Wärmetauscherwand 8 und der Außenwand des Führungsrohrs 6 in Fig. 1 nach links zu strömen. Im Bereich der Brennkammer gelangt das in der Zwischen­ zeit weitestgehend abgekühlte Heißgas zu einem Aus­ puff.

Im zylindrischen Bereich der Wärmetauscherwand 8 be­ findet sich eine spiralförmige Rippenwand 14, deren schmale Außenseite eine Stützfläche für die Innen­ fläche eines Außengehäuses 12 bildet.

Als Heizmedium wird z. B. Wasser im Bereich des stirn­ seitigen Endes in den zwischen Wärmetauscherwand 8 und Außengehäuse 12 gebildeten Heizmediumkanal 10 ein­ geleitet, so daß das Wasser sich durch den schrauben­ förmigen Heizmediumkanal zwischen Wärmetauscher­ wand 8, Außengehäuse 12 und der Rippenwand 14 nach links in Fig. 1 bewegt, wobei es Wärme von dem Heiß­ gas über die Wärmetauscherwand 8 aufnimmt. An dem linken, nicht in Fig. 1 dargestellten Ende des Heiz­ mediumkanals befindet sich ein Auslaß für das Heiz­ medium, von dem Leitungsrohre zu Heizkörpern führen.

In dem Außengehäuse 12 ist eine radial verlaufende Durchgangsbohrung ausgebildet, in der verschieblich ein Teil eines Temperaturüberwachungselements 201 aufgenommen ist. Dieses besitzt ein in der Durchgangs­ bohrung aufgenommenes Gleitstück 18 mit einer Ringnut, die eine Ringdichtung trägt. Damit ist ein Austritt des Heizmediums aus dem Heizmedium­ kanal 10 verhindert. An das Gleitstück 18 schließt ein Kontaktkopf 16 an, der mit einer als Kontakt­ fläche dienenden Stirnfläche 16A außen an der Oberfläche F der Wärmetauscherwand 8 anliegt. Außer­ halb des Außengehäuses 12 besitzt das Temperaturüber­ wachungselement 201 einen Hauptteil, von dem aus über ein Kabel 29 elektrische Leitungen zu einer elektrischen Anlage der Standheizung führen.

Der Hauptteil ist in dem zylindrischen Innenraum eines Lagergehäuses auf­ genommen, das mittels einer Schraube an der Stirnseite des Außengehäuses 12 befestigt ist.

Am äußeren Ende besitzt das Lagergehäuse einen nach innen vorspringenden Ringflansch. Unten an dem Hauptteil ist eine Ring­ scheibe befestigt. Zwischen der Ringscheibe und dem Ringflansch ist eine Druckfeder ge­ spannt, die das Hauptteil in Fig. 1 nach unten vorspannt, mit der Folge, daß die Kontaktfläche 16A des Kontaktkopfs 16 fest gegen die Außenfläche F der Wärmetauscherwand 8 gedrückt wird.

Sollte aufgrund von beispielsweise temperaturbedingten Verformungen im Bereich des hier als Schmelzsicherung 201 ausgebildeten Temperaturüberwachungselements 201 der Abstand zwischen der Innenfläche des Außengehäuses 12 und der Außenfläche der Wärmetauscherwand 8 größer werden (dabei würde sich in Fig. 1 die Außenfläche der Rippen 14 von der Innenfläche des Außengehäuses abheben), so wird dennoch die Kontaktfläche 16A in enger Berührung mit der Außenfläche F der Wärme­ tauscherwand 8 gehalten, da die gesamte Schmelz­ sicherung 201 durch die Druckfeder nachgeführt wird, wobei sich das Gleitstück 18 in der Bohrung nach unten bewegt. Selbstverständlich sind auch Bewegungen der Schmelzsicherung 201 in Fig. 1 nach oben möglich. Diese Art der Vorspannung des Temperaturüberwachungselements entspricht im Prinzip dem oben angegebenen Stand der Technik (DE 38 39 244 A1).

Die Fig. 2 bin 4 zeigen Ausführungsformen der Erfin­ dung, wobei das Temperaturüberwachungselement zum einen als Schmelzsicherung, zum anderen als Über­ hitzungsschalter ausgebildet ist.

Gleiche oder entsprechende Teile sind in sämtlichen Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 befindet sich eine mit einem außen an das Gleitstück 18 an­ schließenden ringförmigen Wulst 38 versehene Schmelz­ sicherung 204 in einer vorgespannten Lage, in dem der Wulst 38 über einen z. B. aus Gummi bestehenden elastischen Ring 40 mit der Innenwand des Rohr­ stutzens 35 verbunden ist. Hierzu besitzt der Gummi­ ring 40 einen Innen-Haltering 41 zur Befestigung an dem Wulst 38, und einen Außen-Haltering 42, der innen am Rohrstutzen 35 durch einen Haltering 39 festge­ legt ist. Verformt sich die Wärmetauscherwand 8 indem sie sich z. B. in Fig. 2 nach unten bewegt, so wird die durch den Gummiring 40 bewirkte Vorspannung die Schmelzsicherung 204 nachgeführt, so daß die Kontaktfläche 16A an der Außenfläche F der Wärme­ tauscherwand 8 anliegen bleibt. Um eine gute Führung des Gleitstücks 18 in der relativ dünnen Wand des Außengehäuses 12 zu erreichen, befindet sich inner­ halb des Rohrstutzens 35 noch ein kleiner Innen­ stutzen 43, in welchem die Durchgangsbohrung 23 aus­ gebildet ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist in dem Rohr­ stutzen 35 des Außengehäuses 12 eine Druckkammer 45 gebildet, in der sich eine Druck-Schraubenfeder 46 befindet. Das äußere Ende der Schraubenfeder 46 liegt an der Innenseite einer Kappe 37 an, das untere Ende der Schraubenfeder 46 drückt gegen eine nach oben gerichtete Fläche eines Überhitzungsschalters 205. Die Druckkammer 45 steht über eine Durchfluß­ leitung 44 mit dem Heizmediumkanal 10 in Verbindung. Unter Druck stehendes Heizmedium gelangt mithin über die Durchflußleitung 44 in die Druckkammer und drückt auf die relativ große, nach oben gerichtete Fläche des Überhitzungsschalters 205. Da der von unten auf das Gleitstück 18 wirkende Druck in dem Heizmediumkanal nur auf eine relativ kleine Fläche wirkt, wird der Überhitzungsschalter 205 in Fig. 3 nach unten belastet. Durch die Schraubenfeder 46 wird der Druck noch verstärkt. Der Rohrstutzen 35 wird von einer Entlastungsbohrung 47 radial durch­ setzt. Das Temperaturüberwachungselement 205 ist mit Dichtungen 22a und 22b gegenüber der Kappe 37 bzw. dem Rohrstutzen 35 abgedichtet.

Die Arbeitsweise der verschiedenen Ausführungsformen ist im wesentlichen die gleiche, wie sie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Bei der Ausführungs­ form nach Fig. 3 besteht insoweit eine Besonderheit, als dort die Vorspannung hydraulisch verstärkt wird.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, und zwar in Verbindung mit einem Wärmetauscher für Luft als Heizmedium. In einer Öffnung 63 des Außen­ gehäuses 12 ist ein aus einem geformten Blechteil be­ stehender Halter 60 eingesetzt. Das Blechstück hat z. B. die Form einer umgekehrten Tasse und besitzt Durch­ strömöffnungen 61 für die in Pfeilrichtung durch den Heizmediumkanal 10′ strömende Luft. In einem Boden­ bereich des Halters 60 befindet sich ein Temperatur­ überwachungselement 207, welches z. B. mit einem Haltering oder dergleichen an dem Halter 60 befestigt ist. Außen an dem Außengehäuse 12 ist mit einer Schraube eine Blattfeder 62 befestigt, die oben auf das Temperaturüberwachungselement 207 drückt und damit das Temperaturüberwachungselement und den Halter 60 in Richtung auf die Oberfläche des Wärmetauscher vor­ spannt. Die dieser gegenüberliegende Fläche des Temperaturüberwachungselements 207 besitzt stets einen konstanten Abstand s von der Oberfläche der Wärme­ tauscherwand, da das Temperaturüberwachungselement 207 fest in dem Halter 60 sitzt und dieser sich auf der Oberfläche der Wärmetauscherwand abstützt.

Claims (13)

1. Wärmetauscher einer Standheizung für Kraft­ fahrzeuge, mit einer Brennerkammer, einem daran anschließenden Heißgasraum (4), der von einer Wärmetauscherwand (8) umgeben ist, einem Außengehäuse (12) und einem zwischen Wärmetau­ scherwand (8, 14) und Außengehäuse (12) gebil­ deten Heizmediumkanal (10), der von einem Heizmedium, insbesondere Wasser oder Luft, durchströmt wird, und mit einem Temperatur­ überwachungselement (205), das in dem Außen­ gehäuse (12), dieses durchsetzend, verschieb­ lich gelagert ist und mit einer Kontaktfläche eine Stelle der Wärmetauscherwand (8) berührt, wobei es mit der Kontaktfläche (16A) in Rich­ tung auf die Wärmetauscherwand (8F) vor­ gespannt ist, wozu außen an dem Außengehäuse (12) ein Rohrstutzen (35) ausgebildet ist, der Vorspannmittel (46) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Rohrstutzens (35) eine Druckkammer (45) ausgebildet ist, die mit dem Heizmediumkanal (10) strömungsverbunden ist und an einer Seite von einer Druckfläche des Temperaturüberwachungselements (205) begrenzt wird.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturüberwachungselement eine Schmelzsicherung (204) ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturüberwachungselement ein Überhitzungsschalter (205) ist.

4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (45) durch eine Kappe (37) am äußeren Ende des Rohrstutzens (35) ver­ schlossen ist, und daß zwischen die Kappe (37) und das Temperaturüberwachungselement (205) eine Druckfeder (46) gespannt ist.

5. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Außengehäuse (12) eine Durchgangs­ bohrung (23) gebildet ist, in der ein zylin­ drisches Gleitstück (18) des Temperaturüber­ wachungselements (204) aufgenommen ist, daß das Gleitstück eine eine Ringdichte (22) aufnehmende Ringnut besitzt und daß von dem zylindrischen Gleitstück (18) ein Kontaktkopf (16) absteht, dessen Stirnfläche (16A) als Kontaktfläche ausgebildet ist und an der Oberfläche (F) der Wärmetauscherwand (8) an­ liegt.

6. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel als in die Innenwand des Rohrstutzens (35) eingelassene Tellerfeder (36) oder Ringfeder ausgebildet ist.

7. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel als Schrauben-Druckfe­ der (46) ausgebildet sind, die sich gegen einen Haltering oder einen Ringflansch am Ende des Rohrstutzens oder gegen eine auf den Rohrstutzen aufgeschraubte Kappe (37) abstützt.

8. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel als elastischer Ring (40) aus insbesondere Gummi ausgebildet sind, der zwischen der Innenwand des Rohrstutzens (35) und dem nach außen vorstehenden Teil (42) des Temperaturüberwachungselements (204) derart fixiert ist, daß er im Normalzustand des Wärmetauschers das Temperaturüberwachungs­ element vorspannt.

9. Wärmetauscher einer Standheizung für Kraft­ fahrzeuge, mit einer Brennkammer, einem daran anschließenden Heißgasraum (4), der von einer Wärmetauscherwand (8) umgeben ist, einem Auß­ engehäuse (12) und einem zwischen Wärmetau­ scherwand (8, 14) und Außengehäuse (12) gebil­ deten Heizmediumkanal (10), der von einem Heizmedium, insbesondere Wasser oder Luft, durchströmt wird, und mit einem Temperatur­ überwachungselement, das in dem Außengehäuse (12), dieses durchsetzend, gelagert ist und in Richtung auf die Wärmetauscherwand (8F) vor­ gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturüberwachungselement (207) von der Wärmetauscherwand einen definierten Abstand (s) hat.

10. Wärmetauscher nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturüberwachungselement (20) in einem Halter (16) gelagert ist, von dem es mit dem bestimmten Abstand (s) von der Wärmetau­ scherwand gehalten wird, wobei der Halter (60) sich auf der Wärmetauscherwand abstützt, und daß eine Feder das Temperaturüberwachungsele­ ment direkt oder indirekt über den Halter (60) in Richtung auf die Wärmetauscherwand vor­ spannt.

11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (60) ein geformtes Blechteil ist, das im Bereich des Heizmediumkanals (10′) Durchströmöffnungen (61) aufweist.

12. Wärmetauscher nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder eine Blattfeder (62) ist, die außen an dem Außengehäuse befestigt ist.

13. Wärmetauscher einer Standheizung für Kraftfahr­ zeuge, mit einer Brennkammer, einem daran anschließenden Heißgasraum (4), der von einer Wärmetauscherwand (8) umgeben ist, einem Au­ ßengehäuse (12) und einem zwischen Wärmetau­ scherwand (8, 14) und Außengehäuse (12) gebil­ deten Heizmediumkanal (10), der von einem Heizmedium, insbesondere Wasser oder Luft, durchströmt wird, und mit einem Temperatur­ überwachungselement (204), das in dem Außen­ gehäuse (12), dieses durchsetzend, verschieb­ lich gelagert ist und mit einer Kontaktfläche eine Stelle der Wärmetauscherwand (8) berührt, wobei es mit der Kontaktfläche (16A) in Rich­ tung auf die Wärmetauscherwand (8F) vor­ gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannmittel als elastischer Ring (40) aus insbesondere Gummi gebildet sind, der zwischen der Innenwand des Rohrstutzens (35) und dem nach außen vorstehenden Teil (42) des Temperaturüberwachungselements (204) derart fixiert ist, daß er im Normalzustand des Wär­ metauschers das Temperaturüberwachungselement vorspannt.