DE4213510C1 - Electric heating arrangement in vehicle heating and ventilation system - is formed by grill located in air outlet and moulded in conductive polymer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizung an einer Luft­ austrittsöffnung einer Heiz- und Lüftungsanlage in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei üblichen, bekannten Heiz- und Lüftungsanlagen in einem Kraftfahrzeug wird der Heizbetrieb so durchgeführt, daß über einen Wärmetauscher die Motorabwärme auf einen Luftstrom über­ tragen wird, der über Luftaustrittsöffnungen dem Fahrzeug­ innenraum zugeführt wird. Ersichtlich ist dieser Heizbetrieb nur möglich, wenn sich der Motor erwärmt hat, das heißt nach einem Kaltstart bereits eine bestimmte Zeit gelaufen ist. Ins­ besondere bei sehr kalten Temperaturen kann es eine relativ lange Zeit dauern, bis ein effektiver Heizbetrieb möglich ist. Über entsprechend angeordnete Luftaustrittsöffnungen wer­ den durch Anströmen mit warmer Heizluft die Frontscheibe und die vorderen Seitenscheiben beschlagfrei gehalten und ggfs. abgetaut. Dem Luftstrom wird eine geeignete Strömungsrichtung über Lüftungsgitter an den Luftaustrittsöffnungen gegeben, wobei diese Lüftungsgitter in ihrer Gitterstruktur geeignete Luftleitflächen aufweisen.

Von einem Kaltstart bis zu einem effektiven Heizbetrieb kann es wegen der noch fehlenden Motorabwärme relativ lange dauern, bis eine ausreichend gute Sicht mit beschlagfreien Front- und Seitenscheiben zur Verfügung steht.

Bei der Heckscheibe ist dieses Problem in an sich bekannter Weise dadurch gelöst, daß in der Scheibe Heizdrähte für eine elektrische Heizung integriert sind, die bei Bedarf ansteuer­ bar sind und die Heckscheibe in kurzer Zeit beschlagfrei machen. Eine solche Lösung ist aus sicherheitstechnischen Überlegungen bei einer Frontscheibe praktisch kaum durchführ­ bar, da durch die Heizdrähte insbesondere die Sicht beein­ trächtigt wird.

Es ist jedoch auch bekannt, elektrische Heizungen an Luftaus­ trittsöffnungen einer Heiz- und Lüftungsanlage in einem Kraft­ fahrzeug vorzusehen: In einer bekannten Ausführungsform (JP 58-1 15 605) ist an einer Luftaustrittsöffnung endseitig ein Lüftungsgitter mit Luftleitflächen angebracht. Im Luftkanal zu der Luftaustrittsöffnung bzw. zum Lüftungsgitter ist als separates Bauteil gegenüber dem Lüftungsgitter im Luftkanal nach innen versetzt ein Halbleiterelement mit positivem Tem­ peraturkoeffizient (PTC-Heizelement) angeordnet. Bei einem solchen PTC-Heizelement wächst der Widerstand ab einer be­ stimmten Temperatur schnell an, so daß ein Eigenregelverhal­ ten vorliegt, dergestalt, daß einerseits die vorbeiströmende Luft erwärmt wird und andererseits keine Überhitzung des PTC- Heizelements oder angrenzender Bauteile stattfindet.

Um einen geeigneten, großen Wärmeübergang vom PTC-Heizelement auf den Luftstrom zu ermöglichen, ist das PTC-Heizelement als Platte mit einer Mehrzahl von Öffnungen quer in den Luftstrom gestellt. Eine solche Platte mit einer Mehrzahl von Durchbrü­ chen erlaubt dahinter nur einen verwirbelten, turbulenten Luftaustritt ohne gezielte Ausströmrichtung. Es ist somit in der bekannten Anordnung sowohl das PTC-Element als Heizele­ ment als auch das Lüftungsgitter mit Leitflächen als Luftleit­ element für einen gerichteten Luftausstrom erforderlich. Die Aufeinanderfolge dieser beiden Bauteile erhöht in nachteili­ ger Weise den Strömungswiderstand an der Luftaustrittsöff­ nung, so daß im Vergleich mit einer Anordnung ohne elektri­ schem PTC-Heizelement und gleichem Ausströmvolumen ein stär­ ker dimensionierter Lüfter verwendet werden muß. Zudem er­ höhen mehrere und zusätzliche Bauteile ungünstig das Gewicht und damit den Verbrauch eines Fahrzeugs.

In einer weiteren, bekannten Ausführung (JP 55-56 766 ist eine ähnliche Anordnung dargestellt. Auch hier ist zusätzlich zu einem Lüftungsgitter mit Luftleitflächen ein elektrisches Heizelement vorgesehen, das als zusätzliches Bauteil nach dem Lüftungsgitter bzw. dessen Luftleitflächen zum Inneren des Luftkanals hin versetzt angeordnet ist. Das Heizelement ist hier ebenfalls plattenförmig mit einer Mehrzahl von Durchbrü­ chen ausgeführt und quer in den Luftstrom gestellt. Damit tre­ ten im wesentlichen die in Verbindung mit der vorstehenden, bekannten Ausführungsform dargelegten Nachteile, insbesondere relativ hohe Kosten durch mehrere Bauteile, hohes Gewicht und hoher Ausströmwiderstand, auch hier auf.

Eine bekannte, gattungsgemäße, elektrische Heizung an einer Luftaustrittsöffnung einer Heiz- und Lüftungsanlage in einem Kraftfahrzeug (EP 03 50 528 A1) besteht aus einer Mehrzahl länglicher, wärmeabgebender Elemente, an die jeweils eine Vielzahl von Lamellen aus gut wärmeleitendem Material an­ stoßen. Zwischen diesen wärmeabgebenden Elementen, die vom erwärmten Kühlwasser durchströmt sind, sind PTC-Heizelemente angeordnet, die eine elektrische Heizung vornehmen, wenn die übrigen, wärmeabgebenden Elemente noch kalt sind. Die Wärme­ abgabe von den PTC-Heizelementen an die vorbeiströmende Luft erfolgt aber hier im wesentlichen nicht direkt, sondern erst über weitere, wärmeabgebende Bauteile, an denen die PTC-Heiz­ elemente flächig anliegen. Durch die Integration der PTC-Heiz­ elemente in einen Radiator mit anderen, wärmeabgebenden Ele­ menten ist die Anordnung aufwendig und damit kostenintensiv durch eine große Anzahl von Teilen und hohem Montageaufwand. Zudem hat die Anordnung ein relativ hohes Gewicht und einen relativ großen Strömungswiderstand.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine gattungsgemäße, elektrische Heizung an einer Luftaustrittsöff­ nung einer Heiz- und Lüftungsanlage in einem Kraftfahrzeug so weiterzubilden, daß sie bei geringem Strömungswiderstand kosten- und gewichtsgünstig ausführbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist das Lüftungsgitter selbst als PTC-Heiz­ element ausgebildet, indem es einstückig aus einem elektrisch leitfähigen Material mit PTC-Eigenschaften hergestellt ist.

Damit werden gegenüber einer herkömmlichen Anordnung eines Lüftungsgitters an einer Luftaustrittsöffnung weder das Ge­ wicht noch der Ausströmwiderstand durch eine zusätzliche elek­ trische Heizung erhöht, da kein weiteres Bauteil im Luftstrom angeordnet ist. Durch den Wegfall eines weiteren Bauteils als separates Heizelement wird die Anordnung selbst insgesamt kostengünstig herstellbar. Da ein Lüftungsgitter für seine Luftleitfunktion ohnehin relativ große Luftleitflächen, an denen der Luftstrom vorbeigeführt wird, aufweist, ist ein aus­ reichender Wärmeübergang vom Material des Lüftungsgitters als PTC-Heizelement auf den Luftstrom gewährleistet, so daß die Anordnung eine gute Funktion aufweist.

Die Erfindung kann ersichtlich sowohl in feststehenden Lüf­ tungsgittern als auch in zur Richtungsänderung des Luftstroms einstellbaren Lüftungsgittern realisiert werden.

Als besonders bevorzugter Einsatzort nach Anspruch 2 wird ein erfindungsgemäß elektrisch heizbares Lüftungsgitter an einer Luftaustrittsöffnung zu einer Frontscheibe und/oder zu den Seitenscheiben angeordnet, um bei Bedarf mit der elektrischen Heizung diese Scheiben auch dann beschlagfrei zu halten, wenn noch keine ausreichende Motorabwärme für den herkömmlichen Heizbetrieb zur Verfügung steht.

Für eine einfache und kostengünstige Herstellung wird gemäß Anspruch 3 das Lüftungsgitter als Kunststoffteil im Spritzguß­ verfahren hergestellt, wobei zur Realisierung der elektri­ schen Leitfähigkeit das Kunststoffmaterial mit Leitruß und/ oder Kleinmetalleinlagen durchsetzt ist.

Ein geeigneter PTC-Effekt mit einem Eigenregelverhalten auf einer geeingeten Temperatur von ca. 60° bis 70°C ergibt sich nach Anspruch 4 bei der Verwendung von Polyphenylensulfid als Kunststoffmaterial.

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung näher erläutert.

In der einzigen Figur ist eine Luftaustrittsöffnung 1 einer Heiz- und Lüftungsanlage als Endseite eines Luftkanals 2 dar­ gestellt, die unterhalb einer schräg darüberliegenden Front­ scheibe 3 angebracht ist. Der Luftstrom 4 wird, wie in dem schematischen Schnitt gezeigt ist, durch ein in die Luftaus­ trittsöffnung eingeklipstes Lüftungsgitter 5 und durch des­ sen, in Austrittsrichtung liegende Luftleitflächen 6 auf die Frontscheibe zu gerichtet (Pfeile 7) abgegeben.

Das Material des als Kunststoffspritzteil hergestellten Lüf­ tungsgitters 5 besteht aus dem Kunststoff Polyphenylensulfid mit Einlagerung aus Leitruß und ggfs. weiteren Einlagerungen aus Kleinmetalleinlagen. Damit wird im Material des Lüftungs­ gitters 5 bei elektrischer Heizung ein PTC-Effekt (positiver Temperaturkoeffizient) erreicht mit einem Eigenregelverhalten auf eine Temperatur von ca. 60° bis 70°C.

Die elektrischen Anschlüsse und die elektrische Steuerung zum Lüftungsgitter 5 sind in der schematischen Darstellung nicht eingezeichnet.

Die dargestellte Anordnung hat folgende Funktion: Nach einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs bei einer beschlagenen Front­ scheibe 3 wird über einen (nicht dargestellten) Schalter das Lüftungsgitter 5 elektrisch angesteuert und damit die elektri­ sche Heizung zusätzlich zum Heizlüfter, der den Luftstrom 4 erzeugt, eingeschaltet. Dadurch wird der an den Luftleitflä­ chen 6 vorbeiströmende Luftstrom 4 gerichtet (Pfeile 7) und erwärmt auf die Frontscheibe 3 geleitet, so daß diese inner­ halb kurzer Zeit beschlagfrei gehalten wird. Dies wird so­ lange durchgeführt, bis allmählich der Luftstrom 4 über die Motorabwärme erwärmt zur Verfügung steht. Durch das Eigenre­ gelverhalten über den PTC-Effekt des Lüftungsgitters 5 findet auch dann keine Überhitzung statt, da die elektrische Heizung automatisch zurückgeregelt wird. Wenn der Luftstrom 4 mit geeigneter Temperatur über die Motorabwärme zur Verfügung steht, kann dann die elektrische Heizung des Lüftungsgitters 5 wieder abgeschaltet werden. Die Steuerung kann aber je nach Gegebenheiten auch vollautomatisch dergestalt durchgeführt werden, daß beim Einschalten der Heckscheibenheizung und/oder allgemein beim Einschalten der Heizungsfunktion die elektri­ sche Heizung des Lüftungsgitters 5 mit eingeschaltet wird.

Claims (4)

1. Elektrische Heizung an einer Luftaustrittsöffnung einer Heiz- und Lüftungsanlage in einem Kraftfahrzeug,
mit einem Lüftungsgitter (5) an der Luftaustrittsöffnung (1) und
einem elektrischen Heizelement mit einem positiven Tempera­ turkoeffizienten (PTC-Heizelement), dadurch gekennzeichnet, daß das Lüftungsgitter (5) selbst als PTC-Heizelement ausgebildet ist, indem es einstückig aus einem elektrisch leitfähigen Material mit PTC-Eigenschaften hergestellt ist.

2. Elektrische Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Lüftungsgitter (5) an einer Luftaustrittsöff­ nung (5) an einer Frontscheibe (3) und/oder den Seiten­ scheiben angeordnet ist, um mit der elektrischen Heizung bei Bedarf die Frontscheiben (3) und oder die Seitenschei­ ben beschlagfrei zu halten.

3. Elektrische Heizung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Lüftungsgitter (5) ein Kunststoff-Spritz­ teil ist, wobei der Kunststoff mit Leitruß und/oder Kleinmetalleinlagen durchsetzt ist.

4. Elektrische Heizung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Kunststoff Polyphenylensulfid verwendet ist.