DE4433814A1 - Kraftfahrzeug - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit einem
Flüssigkeitskreislauf für die Motorkühlung und/oder Fahr
zeugheizung und mit einer elektrischen Zusatzheizung.
Die Beheizung des Fahrzeuginnenraums bei Kraftfahrzeugen
erfolgt üblicherweise mittels des Kühlwassers des Antriebs
aggregates, so daß die in der Brennkraftmaschine ent
stehende Wärme bedarfsweise an die in den Fahrzeuginnenraum
strömende Luft abgegeben wird. Diese Wärme steht jedoch
erst nach einer bestimmten Betriebsdauer zur Verfügung, so
daß insbesondere in der kalten Jahreszeit das Wirksamwerden
der Heizung als unzureichend empfunden wird. Auch durch die
Entwicklung neuer Motoren, in denen weniger Wärmeenergie
anfällt und über das Kühlwasser abgeführt wird, steht zur
Fahrzeugheizung eine geringere Wärmeenergie zur Verfügung,
die bei extrem niedrigen Außentemperaturen keineswegs zur
Fahrzeugheizung ausreicht und die auch bei normalem Hei
zungsbedarf erst mit erheblicher zeitlicher Verzögerung zu
behaglichen Innenraumtemperaturen führt.
Aus den vor stehenden Gründen wurden bereits Zusatzheizungen
vorgeschlagen, die in den Luftführungskanal eingesetzt wer
den und die Wärme an die in den Fahrzeuginnenraum strömende
Luft abgeben. Die Anordnung einer Zusatzheizung zwischen
einem Heizungswärmetauscher einer Fahrzeugheizungsanlage
und der Fahrzeugkabine ist beispielsweise in dem Aufsatz
von Burk, Krauß, Löhle "Integrales Klimasystem für Elektro
automobile", ATZ "Automobiltechnische Zeitschrift" Heft 11,
1992 beschrieben.
Des weiteren ist eine elektrische Zusatzheizung für ein
Kraftfahrzeug aus der EP-A 02 43 077 bekannt, bei der PTC-
Elemente mit Wellrippen in wärmeleitender Verbindung stehen
und die von den PTC-Elementen erzeugte Wärme über die Well
rippen an die einen Luftführungskanal durchströmende Luft
abgegeben wird. Außerdem ist aus der EP-A 05 16 112 eine
Heizung aus mehreren in einem Gehäuse angeordneten PTC-Ele
menten bekannt, die zwischen Anschlußleitungen angeordnet
und gegen eine die Gesamtanordnung einschließendes Gehäuse
isoliert sind. Das Gehäuse ist auf der Außenseite mit Rip
pen versehen, die zur Vergrößerung der wärmeabgebenden
Oberfläche im Hinblick auf die darüberströmende Luft die
nen.
Schließlich ist in der EP-A-05 73 691 ein PTC-Heizkörper
beschrieben, bei dem ein PTC-Element in den Hohlraum eines
Aluminium-Profils eingesetzt und durch Zusammenpressen der
Schmalseiten mit diesem in eine großflächige Anlage ge
bracht wird, damit ein guter Wärmeübergang von dem
PTC-Element auf das Aluminium-Profil möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Kraftfahrzeug mit einem Flüssigkeitskreislauf für die Mo
torkühlung und/oder Fahrzeugheizung und mit einer elektri
schen Zusatzheizung derart weiterzubilden, daß die elektri
sche Zusatzheizung nicht nur zu einer rascheren Erwärmung
der Fahrzeuginnenraumluft, sondern darüberhinaus auch zu
einer Erwärmung der Kühlflüssigkeit des Motors dient.
Diese Aufgabe wird bei einem Kraftfahrzeug der gattungsge
mäßen Art durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu se
hen, daß ohne regelungstechnischen Aufwand eine eigen
sichere und selbstregelnde Heizeinrichtung geschaffen wird,
die nicht nur als Zusatzheizung für die dem Fahrzeuginnen
raum zugeführte Luft, sondern auch zum beschleunigten Er
reichen der Betriebstemperatur des Fahrzeugmotors dient.
Diese Heizeinrichtung kann auch zur Vorwärmung, d. h. zur
Erwärmung der Kühlflüssigkeit des Antriebsmotors vor Fahrt
antritt benutzt werden.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes
besteht darin, daß der Kanal aus einem mit Zulauf- und
Rücklaufanschluß versehenen metallischen Rohr gebildet ist,
mit dessen Mantelfläche die PTC-Elemente in unmittelbarem
Kontakt stehen. Die Zulauf- und Rücklaufanschlüsse besitzen
üblicherweise eine andere Querschnittsform als ein zur
Wärmeübertragung vorgesehenes Rohr, so daß Übergangsstücke
zwischen dem Rohr und den Anschlüssen erforderlich sind.
Zur Verringerung der Baulänge ist es daher zweckmäßig, daß
die Zulauf- und Rücklaufanschlüsse mindestens annähernd
orthogonal zur Längsrichtung des Rohres verlaufen.
Sofern die PTC-Elemente ihre Heizleitung zunächst aus
schließlich an die Kühlflüssigkeit des Motors abgeben sol
len und nur indirekt die Fahrzeuginnenluft erwärmen, ist es
zweckmäßig, daß der Kanal mit den daran befestigten PTC-
Elementen von einer thermischen Isolation umgeben ist. Auf
diese Weise kann die räumliche Anordnung der Zusatzheizung
außerhalb des Heizungsgehäuses herkömmlicher Bauart ange
ordnet werden. Die Isolation sorgt dafür, daß die gesamte
Wärme der Kühlflüssigkeit zugeführt wird. Damit eine aus
reichende Fläche zur Beheizung der Flüssigkeit zur Verfü
gung steht, ist es von Vorteil, mindestens zwei parallel
verlaufende Rohre vorzusehen, deren Mantelflächen mit den
PTC-Elementen in Kontakt stehen. Dabei sind die parallelen
Rohre an einen gemeinsamen Zulauf und einen gemeinsamen
Rücklauf angeschlossen. Der Kanal ist vorzugsweise als
Flachrohr ausgebildet und auf mindestens einer Flachseite
sind mehrere PTC-Elemente axial hintereinanderliegend an
geordnet. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Erwärmung
der gesamten Rohrwand erreicht und das Auftreten extrem
heißer Zonen vermieden. Je nach Form und Größe der Auflage
fläche der PTC-Elemente ist es vorteilhaft, daß diese in
zwei oder drei parallelen Reihen angeordnet sind. Der ge
meinsame Zulauf und gemeinsame Rücklauf der parallel ge
schalteten Flachrohre kann durch die endseitigen Sammel
rohre oder Wasserkästen eines Wärmetauschers gebildet wer
den, nämlich dann, wenn die Rohre Bestandteil eines Flach
rohrheizkörpers der Fahrzeugheizung sind. Zur Verbesserung
des Wärmeübergangs zwischen metallischem Rohr und der Flüs
sigkeit ist es vorteilhaft, in dem Rohr Mittel zur Ver
größerung der wärmeübertragenden Oberfläche und/oder zur
Erzeugung von Turbulenzen in der Flüssigkeit vorzusehen.
Um die elektrischen Anschlußmittel auf ein Minimum zu redu
zieren, kann das Rohr gleichzeitig als einer der elektri
schen Anschlüsse benutzt werden. Dabei werden die PTC-Ele
mente auf ihrer dem Rohr abgewandten Seite mit dem Pluspol
des Bordnetzes verbunden, insbesondere unter Zuhilfenahme
eines geeigneten Schaltmittels, und das Rohr, an dem die
PTC-Elemente in elektrischem Kontakt anliegen, ist an dem
Minuspol des Bordnetzes angeschlossen. Die Schaltmittel
können beispielsweise mit der Inbetriebsetzung des
Fahrzeugs betätigt werden oder in Abhängigkeit einer
Schaltuhr, sofern die Zusatzheizung zur Vorwärmung der
Kühlflüssigkeit dient. Die das Rohr und die PTC-Elemente
umgebende Isolation, sofern eine solche vorgesehen ist,
besteht aus elektrisch nichtleitenden Kunststoffplatten
oder -profilen. Dabei sind zur Kontaktierung der
PTC-Elemente auf der Innenseite von Kunststoffplatten oder
-profilen Leiterbahnen vorgesehen. Damit im Servicefall
problemlos Reparaturen durchgeführt werden können, sollte
die Anordnung auf einfache Weise lösbar sein. Aus diesem
Grund wird vorgeschlagen, daß zur Befestigung der Kunst
stoffplatten oder -profile Halteklammern vorgesehen sind.
Die PTC-Elemente liegen vorzugsweise in Parallelschaltung,
wodurch der Spannungsabfall gering ist und die Heizleistung
aller Einzelelemente relativ gleichmäßig ist. Möglich ist
jedoch auch die Reihenschaltung von PTC-Elementen bzw. von
Gruppen solcher PTC-Elemente, wobei jedoch die in Reihe
liegenden Elemente oder Gruppen unterschiedliche Tempera
turkoeffizienten aufweisen sollten. Die thermische Iso
lation wird zweckmäßigerweise aus einem Material gefertigt,
das in Heizungsanlagen für Kraftfahrzeuge bereits Verwen
dung findet, so daß im Falle eines späteren Recyclings kein
zusätzlicher Werkstoff anfällt. Es ist daher vorteilhaft,
daß die Isolation aus einem temperaturbeständigen
Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, Polyamid oder Poly
prolylen besteht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Draufsicht auf
eine elektrische Zusatzheizung,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1
in vergrößerter Darstellung,
Fig. 4 eine Ausführungsvariante zu Fig. 1,
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4,
Fig. 6 die Ansicht in Richtung des Pfeiles VI in Fig. 4
und
und
Fig. 7 einen Flachrohrwärmetauscher mit teilweise
elektrisch beheizten Rohren.
In Fig. 1 und 2 ist schematisch ein von einer Flüssigkeit
durchströmter Kanal 1 dargestellt, der an seinen Enden mit
einem Zulaufanschluß 2 und einem Rücklaufanschluß 3 verse
hen ist. Wie aus Fig. 2 deutlich wird, besteht der Kanal 1
aus einem Flachrohr 4, dessen Enden in orthogonal zu dessen
Längsachse verlaufenden Rohre 6 und 7 münden, die den Zu
laufanschluß 2 und Rücklaufanschluß 3 bilden. Auf der
Oberseite und Unterseite des Flachrohres 4 befinden sich
jeweils mehrere flache PTC-Elemente 5, 5′, 5′′ die sich
hintereinanderliegend entlang des Flachrohres 4 erstrecken.
Wie aus Fig. 1 deutlich wird, sind in drei parallelen Rei
hen a, b, c die hintereinanderliegende PTC-Elemente 5, 5′,
5′′ angeordnet. Alle PTC-Elemente 5, 5′, 5′′ in den Reihen a,
b, c sind auf ihrer dem Flachrohr 4 abgewandten. Seite an
einen elektrischen Leiter bzw. eine Leiterbahn angeschlos
sen, der mit dem Pluspol 8 des Bordnetzes verbunden ist.
Mit der anderen Seite haben die PTC-Elemente 5, 5′, 5′′ Kon
takt mit dem Flachrohr, das aus Metall und insbesondere aus
Aluminium besteht, wobei dieses Rohr mit dem Minuspol 9 des
Bordnetzes verbunden ist.
Die beiden Anordnungen von PTC-Elementen 5, 5′, 5′′ sind auf
der Oberseite und der Unterseite des Flachrohres 4 iden
tisch. Die gesamte Oberfläche des Flachrohres 4 ist mit die
PTC-Elemente 5, 5′, 5′′ überdeckenden Kunststoffprofilen 10
und 11 versehen, die als thermische Isolation eine Wärmeab
strahlung nach außen verhindern und sicherstellen, daß die
gesamte Heizenergie der PTC-Elemente dem Flachrohr 4 bzw.
der dadurch strömenden Flüssigkeit zugeführt wird. Zur Ver
größerung der wärmeübertragenden Oberfläche innerhalb des
Flachrohres und zur Erzeugung von Turbulenzen in der Flüs
sigkeit ist ein Turbulenzblech 12 vorgesehen. Die Kunst
stoffprofile 10 und 11 sind mittels seitlich angebrachter
Halteklammern 13 und Zwischenschaltung des Flachrohres 4
gegeneinander gespannt.
Aus der in Fig. 3 gezeigten vergrößerten Darstellung des
Schnittes entlang der Linie III-III in Fig. 1 ist ersicht
lich, daß die PTC-Elemente 5′ zu beiden Seiten des Flach
rohres 4 direkt auf der Flachrohroberfläche liegen und auf
der dem Flachrohr 4 abgewandten Seite mit einem elektri
schen Leiter bzw. einer Leiterbahn 14 verbunden sind. Mit
ihren Randbereichen 10′ und 11′ liegen die Kunststoffpro
file 10 und 11 an der Oberfläche des Flachrohrs 4 an, wobei
dieser sandwichartige Aufbau von der Halteklammer 13 um
griffen und verspannt ist. In dem Flachrohr 4 befindet sich
das Turbulenzblech 12, das ebenso wie das Flachrohr vor
zugsweise aus Aluminium besteht und mit diesem verlötet
ist.
Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen ein Flachrohr 20 mit Zulaufan
schluß 18 und Rücklaufanschluß 19, die in derselben Rich
tung wie die Längsachse des Flachrohres 20 verlaufen. Wegen
des Übergangs vom Flachrohrquerschnitt auf den kreis
zylindrischen Querschnitt am äußeren Ende der Anschluß
stücke wird eine entsprechende Baulänge für den Übergangs
abschnitt benötigt. Sowohl auf der Oberseite als auch auf
der Unterseite des Flachrohres ist eine Vielzahl von PTC-
Elementen direkt aufeinanderfolgend angeordnet, so daß die
beheizte Fläche über die gesamte Länge des Flachrohres 20
reicht. Das Flachrohr 20 ist - einschließlich der darauf
befestigten PTC-Elemente 21 - von einer thermischen Iso
lation 22 umgeben, wobei es sich bei dem Material einer
solchen Isolation 22 vorzugsweise um Polyamid, Polyurethan
oder Polyäthylen handelt. Die in Fig. 6 gezeigte Ansicht
macht deutlich, daß in dem Flachrohr 20 eine Turbulenzein
lage 23 vorgesehen ist.
Die Fig. 7 zeigt einen Flachrohrheizkörper 15, der aus ei
ner Vielzahl parallel verlaufender Flachrohre 16 und da
zwischen angeordneten Wellrippen 17 besteht. Die Enden der
Flachrohre 16 münden in seitliche Wasserkästen 24 und 25,
wobei an dem Wasserkasten 24 die Anschlußstutzen 26 und 27
zum Anschluß an den Flüssigkeitskreislauf vorgesehen sind.
An den jeweils äußeren Rohren 16′ ist über die gesamte
Rohrlänge und zu beiden Seiten des Flachrohres 16′ eine
Vielzahl von PTC-Elementen 30, 30′ vorgesehen, die mit
ihrer der Rohroberfläche abgewandten Seite an einer Lei
terbahn 29, 29′ liegen. Diese Leiterbahnen 29 und 29′ sind
mittels einer geeigneten elektrischen Isolierung sowie ei
ner Wellrippe 32 gegen das jeweils nächste Wärmetauscher
rohr bzw. ein Seitenelement 33 abgestützt. Da die Wärme
tauscherrohre sowie die Wellrippen und die Seitenelemente
33 aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium, bestehen, wird
auf einfache Weise der Minuspol durch die Flachrohre 16′
gebildet, wohingegen die Leiterbahnen an einen Pluspol des
Bordnetzes angeschlossen sind. Bei der Ausführung gemäß
Fig. 7 ist eine thermische Isolation nicht erforderlich, da
im Heizbetrieb der Zusatzheizung, d. h. bei angelegter
Spannung und Stromfluß durch die PTC-Elemente sowohl die in
den Flachrohren 16′ strömende Flüssigkeit als auch die
durch den Heizkörper tretende Luft im Bereich der Wellrip
pen 32 erwärmt wird.
Claims (17)
1. Kraftfahrzeug mit einem Flüssigkeitskreislauf für die
Motorkühlung und/oder Fahrzeugheizung und mit einer
elektrischen Zusatzheizung,
dadurch gekennzeichnet, daß als elektrische Zusatzhei
zung PTC-Elemente (5, 5′, 5′′; 21; 30, 30′) vorgesehen
sind, die an der Wand mindestens eines von der Flüs
sigkeit des Kreislaufs durchströmten Kanals (1) wärme
leitend befestigt sind.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1) aus einem mit
Zulauf- und Rücklaufanschluß (2, 3; 18, 19; 26, 27)
versehenen metallischen Rohr (4, 16′, 20) gebildet ist,
mit dessen Mantelfläche die PTC-Elemente (5, 5′, 5′′;
21; 30, 30′) in unmittelbarem Kontakt stehen.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zulauf- und Rücklaufan
schlüsse (2, 3) mindestens annähernd orthogonal zur
Längsrichtung des Rohres (4) verlaufen.
4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1) mit den daran
befestigten PTC-Elementen (5, 5′, 5′′; 21) von einer
thermischen Isolation (10, 11; 22) umgeben sind.
5. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1) als Flachrohr
(4, 16′, 20) ausgebildet ist und auf mindestens einer
Flachseite mehrere PTC-Elemente (5, 5′, 5′′; 21; 30,
30′) axial hintereinanderliegend angeordnet sind.
6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Elemente (5, 5′,
5′′) in zwei oder drei parallelen Reihen (a, b, c) ange
ordnet sind.
7. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei parallel
verlaufende Rohre (16′) vorgesehen sind, deren Mantel
flächen mit den PTC-Elementen (30, 30′) in Kontakt ste
hen.
8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Rohre (16′)
an einen gemeinsamen Zulauf (26) und gemeinsamen Rück
lauf (27) angeschlossen sind.
9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (16′) Bestandteil
eines Flachrohrheizkörpers (15) der Fahrzeugheizung
sind.
10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder einem der folgenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rohr (4, 20) Mittel
(12, 23) zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Ober
fläche und/oder zur Erzeugung von Turbulenzen in der
Flüssigkeit vorgesehen sind.
11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Elemente (5, 5′,
5′′; 30, 30′) auf ihrer dem Rohr (4, 16′) abgewandten
Seite mit dem Pluspol (8) des Bordnetzes verbindbar
sind und das Rohr (4, 16′), an dem die PTC-Elemente (5,
5′, 5′′; 30, 30′) elektrisch leitend anliegen, an dem
Minuspol (9) des Bordnetzes angeschlossen ist.
12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation aus elektri
sch nichtleitenden Kunststoffplatten oder -profilen
(10, 11) besteht.
13. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 und 12,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontaktierung der PTC-
Elemente (5, 5′, 5′′) auf der Innenseite der Kunststoff
platten (10, 11) oder -profile Leiterbahnen vorgesehen
sind.
14. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 4, 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Befestigung der Kunst
stoffplatten (10, 11) oder -profile Halteklammern (13)
vorgesehen sind.
15. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Elemente (5, 5′,
5′′; 21; 30, 30′) elektrisch parallelgeschaltet sind.
16. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die PTC-Elemente mindestens
teilweise in elektrischer Reihenschaltung liegen und
unterschiedliche Temperaturkoeffizienten aufweisen.
17′ Kraftfahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Isolation
(10, 11; 22) aus einem temperaturbeständigen
Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, Polyamid oder
Polypropylen besteht.
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