Die Erfindung betrifft einen Heizkörper für Kraftfahrzeug- Heizungs- oder
Klimaanlagen mit integrierter elektrischer Zusatzheizung nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1, bekannt durch die EP-B 0 707 434.
Kraftfahrzeuge mit verbrauchsoptimierten Motoren, zum Beispiel
Dieselmotoren, benötigen heute meistens eine Zusatzheizung, um die auf
Grund des hohen thermischen Wirkungsgrades fehlende Heizleistung zu
kompensieren. Bei diesen Zusatzheizungen, beziehungsweise sogenannten
Zuheizern haben sich insbesondere elektrische Heizungen durchgesetzt, die
ihre Heizleistung aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges beziehen. Zu
unterscheiden sind dabei reine Zuheizer mit elektrischer Widerstandsheizung
und integrierte Systeme, bei denen die elektrische Zusatzheizung in den
Heizkörper einer Heizungsanlage integriert ist.
Durch die DE-A 199 11 547 und die DE-A 199 57 452 wurden solche reinen
Zuheizer bekannt, welche aus einem Register von Heizelementen bestehen,
welche von Umgebungsluft überströmt, erwärmt und dann in den
Fahrzeuginnenraum geleitet werden. Die Erwärmung der Luft erfolgt über
elektrisch beheizte PTC-Elemente, die bei steigender Temperatur ihren
Widerstand erhöhen und somit selbstregelnd sind. Derartige Heizregister
bedeuten ein zusätzliches Teil, welches in der Heizungsanlage untergebracht
werden muß.
Man hat daher vorgeschlagen - wie durch die DE-A 44 33 814 bekannt
wurde - die elektrischen Heizelemente rohrförmig auszubilden und in einen
Heizkörper zu integrieren, wobei die Heizelemente innen von Kühlmittel
durchströmt und von außen durch PTC-Elemente beheizt werden. Durch
diese Lösung ergibt sich nicht nur eine Zusatzheizung, sondern auch eine
Vorwärmung des Kühlmittels in der Warmlaufphase.
Nach der DE-A 198 35 229 wurde ein integriertes System bekannt, bei dem
die Heizelemente nicht vom Kühlmittel durchströmt sind - es handelt sich
vielmehr um "Blindrohre", die ihre Wärme nur nach außen an Rippen des
Wärmetauscherblockes abgeben und somit nur die Luft erwärmen. Nachteilig
bei diesen integrierten Zusatzheizungen ist, dass der Wärmetauscherblock,
bestehend aus Flachrohren und Wellrippen, zunächst gelötet wird und dass
im Anschluss an den Lötprozess die Heizelemente in entsprechende Lücken
des Wärmetauscherblockes eingesetzt werden.
Durch die EP-B 0 707 434 wurde ein Heizkörper mit einer integrierten
elektrischen Zusatzheizung in Form von PTC-Heizrohren bekannt, und zwar
mit einem Rohr-Rippen- beziehungsweise Wärmetauscherblock, der sowohl
gelötet als auch mechanisch gefügt ist. Mechanisch gefügt heißt in diesem
Fall, dass Rohre und Rippen des Heizkörpers - ohne Löten - zu einem in
sich festen Block gefügt werden, zum Beispiel durch Aufweiten der Rohre
innerhalb von Öffnungen in den Rippen. Bei dieser Zusatzheizung sind die
Heizrohre als Flachrohre beziehungsweise flachovale Rohre ausgebildet, das
heißt mit einem länglichen Querschnitt, in welchem ebenfalls flach
ausgebildete PTC-Heizelemente mittels eines Kunststoffrahmens angeordnet
sind. Ein gelötetes Flachrohrsystem ist mit relativ hohen Fertigungskosten
verbunden, aber auch ein mechanisch gefügtes Flachrohrsystem ist im
Hinblick auf den Herstellungsprozess problematisch, da sich flachovale
Rohre, die einerseits einen guten wärmeleitenden Kontakt mit den Rippen
haben und andererseits dicht gegenüber dem Rohrboden sein müssen, nicht
gleichmäßig aufweiten lassen. Somit ist auch das mechanische Fügen von
flachovalen Rohren mit Rippen und Rohrböden kostenaufwendig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellungskosten für einen
Heizkörper der eingangs genannten Art zu senken und gleichzeitig eine
wirksame Zusatzheizung beizubehalten.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des
Patentanspruches 1. Demnach sind die vom Kühlmittel durchströmten Rohre
des Heizkörpers als Rundrohre und die Heizelemente als runde Stäbe bzw.
Heizpatronen ausgebildet - Rohre und Heizelemente weisen somit den
selben kreisförmigen Querschnitt auf. Damit sind auch die Öffnungen
beziehungsweise Durchzüge in den Rippen gleich, was die
Herstellungskosten senkt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Rundrohre und
die runden Heizpatronen mechanisch mit den Rippen zu einem Block
verbunden, die Rundrohre sind also vorzugsweise gegenüber Durchzügen in
den Rippen aufgeweitet; die runden Heizpatronen sind ebenfalls durch einen
Presssitz mit den Rippen verbunden, so dass sich eine gute Wärmeleitung
ergibt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Heizpatronen
von einem metallischen Mantel, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung
umgeben, wodurch die Wärmeleitung noch verbessert wird.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
Rundrohre und die Heizpatronen jeweils in Reihen angeordnet, wobei eine
Heizpatrone mit einem Rundrohr fluchten oder versetzt angeordnet sein
kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reihe mit den Heizpatronen auf
der Luftaustrittsseite des Heizkörpers angeordnet ist, da hierdurch eine
optimale Erwärmung der Luft, das heißt eine maximale Zuheizwirkung erzielt
wird. Andererseits kann es auch von Vorteil sein, die Reihe der Heizpatronen
auf der Lufteintrittsseite oder zwischen zwei Reihen von Rundrohren
anzuordnen.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in den runden
Heizpatronen PTC-Elemente angeordnet, die elektrisch leitend miteinander
verbunden sind und vom Bordnetz versorgt werden. Vorteilhaft ist hierbei die
temperaturabhängige Selbstregelung der PTC-Widerstände.
Zusammenfassend ergibt sich der Vorteil, dass erstens der Heizkörper in
mechanisch gefügter Rundrohrbauweise kostengünstig hergestellt werden
kann und dass zweitens eine elektrische Zusatzheizung insofern besonders
kostengünstig in diesen Rundrohrheizkörper integriert werden kann, als
lediglich das Lochbild der Rippen um eine Reihe für die ebenfalls runden
Heizpatronen erweitert wird, das heißt, es sind keine zusätzlichen
Lochstanzwerkzeuge erforderlich. Darüber hinaus ist die Montage der
Heizpatronen insofern einfach und damit kostengünstig, weil sie direkt nach
dem Aufweiten der Rundrohre gegenüber den Rippen, das heißt nach der
Herstellung des Wärmetauscherblockes erfolgen kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
- Fig. 1
- eine runde Heizpatrone mit zwei Kontaktzungen,
- Fig. 2
- eine runde Heizpatrone mit einer Kontaktzunge,
- Fig. 3
- einen Heizkörperblock,
- Fig. 4
- einen Querschnitt durch einen Heizkörperblock,
- Fig. 4a
- einen Längsschnitt entlang der Linie A - A in Fig. 4,
- Fig. 4b
- einen Querschnitt durch einen Heizkörperblock,
- Fig. 4c
- einen Längsschnitt entlang der Linie B - B in Fig. 4b,
- Fig. 5
- einen Querschnitt durch einen dreireihigen Heizkörperblock und
- Fig.6
- eine Draufsicht auf einen Heizkörperblock mit elektrischem
Sammelanschluss.
Fig. 1 zeigt als Heizelement eine Heizpatrone 1, welche als runder Stab, das
heißt mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet ist. Die Heizpatrone 1
weist einen metallischen Mantel 2 auf, der vorzugsweise aus einer
Aluminiumlegierung hergestellt ist. Im Inneren des Mantels 2 sind -
gestrichelt dargestellt - plattenförmige Heizelemente, das heißt vorzugsweise
PTC-Elemente 3 angeordnet und in nicht dargestellter Weise elektrisch durch
einen Plus- und Minusleiter miteinander verbunden. Der Mantel 2 ist nach
oben durch eine kreisförmige Stirnfläche 4 abgeschlossen, aus welcher zwei
Kontaktzungen 5, 6 heraustreten, die mit den Plus- beziehungsweise
Minusleitern im Inneren der Heizpatrone 1 verbunden sind.
Fig. 2 zeigt eine Alternative zu Fig. 1, nämlich eine runde Heizpatrone 7 mit
einer kreisförmigen Stirnfläche 8, aus welcher eine Kontaktzunge 9
heraustritt. Im Inneren der Heizpatrone 7 befinden sich wiederum als PTC-Platten
3 ausgebildete Heizelemente. Der mit diesen PTC-Elementen 3
verbundene, nicht dargestellte Plusleiter ist mit der Kontaktzunge 9
verbunden. Der ebenfalls nicht dargestellte, mit den PTC-Elementen 3
verbundene Minusleiter ist mit dem metallischen Mantel 2 verbunden, der
somit den Minuspol 10 der Heizpatrone 7 bildet.
Fig. 3 zeigt einen unvollständig dargestellten Heizkörper 11 mit einem
Rohr/Rippen- beziehungsweise Wärmetauscherblock 12, der an seiner
Unterseite durch eine Bodenplatte 13 abgeschlossen ist. Dieser
Wärmetauscherblock 12 ist in an sich bekannter Weise aus Rundrohren und
ebenen Rippen aufgebaut, wobei die Rohre durch Öffnungen in den Rippen
gesteckt und gegenüber den Rippen aufgeweitet sind. In diesem
Ausführungsbeispiel sind die Rohre als U-Rohre 14 ausgebildet, die mit ihren
Umlenkbögen 14a aus der Bodenplatte 13 heraustreten. Die U-Rohre
beziehungsweise Rohrgabeln 14 bilden somit zwei Rohrreihen, die von
Kühlmittel durchströmt werden. Eine dritte Rohrreihe wird durch
Heizpatronen 15 gebildet, die entsprechend Fig. 1 ausgebildet sind und mit
dem Ende, an dem sich die Kontaktzungen befinden, aus der Bodenplatte 13
hervorragen. Die hier nicht erkennbaren Kontaktzungen sind von einer
Kontaktschiene 16 verdeckt, die als Sammelanschluss für die gesamte Reihe
der Heizpatronen 15 fungiert. Dieser Sammelanschluss 16 kann entweder
zweipolig sein - wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 - oder einpolig -
gemäß Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 - in diesem Falle würde der Minuspol
über die Rippen des Wärmetauscherblockes mit der Masse des
Kraftfahrzeuges verbunden sein, was jedoch nicht dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen zweireihigen Heizkörper, dessen
Wärmetauscherblock aus ebenen Rippen 17, einer ersten Reihe von
Rundrohren 18 und einer zweiten Reihe von runden Heizstäben
beziehungsweise Heizpatronen 19 besteht, wobei die Kreisquerschnitte der
Rundrohre und der Heizpatronen gleich sind. Wie bereits erwähnt, sind die
Rundrohre 18, durch die das Kühlmittel strömt, durch mechanisches
Aufweiten mit den Rippen 17 verbunden, so dass sich ein Pressverband
ergibt. Der Heizkörperblock wird von Luft in Richtung eines Pfeiles 20
durchströmt, das heißt die Luft trifft zunächst auf die Rundrohre 18 und dann
auf die hier versetzt angeordneten Heizpatronen 19. Diese Anordnung der
Heizpatronen 19 auf der Luftaustrittsseite hat eine bessere Erwärmung der
Luft zur Folge, da die erwärmte Luft unmittelbar in den nicht dargestellten
Fahrzeuginnenraum gelangt und dort eine Erwärmung bewirkt. Andere
Konstellationen mit mehreren Reihen von Rundrohren, fluchtenden
Rundrohren und Heizpatronen oder einer Anordnung der Heizpatronen auf
der Lufteintrittsseite oder zwischen zwei Reihen von Rundrohren sind
ebenfalls möglich.
Fig. 4a zeigt einen Schnitt längs der Schnittlinie A-A in Fig. 4. Die
Heizpatrone 19 ist mechanisch mit dem Rippenblock, bestehend aus einer
Vielzahl von Rippen 17 verbunden, das heißt, sie sitzt mit einem
entsprechenden Presssitz in Öffnungen der Rippen 17, so dass sich ein
guter Wärmekontakt ergibt und die von den Heizpatronen 19 erzeugte
Wärme über deren Mantel in die Rippen 17 abfließen kann.
Fig. 4b zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines
zweireihigen Heizkörpers, dessen Rippen Schlitze 101 aufweisen, wobei die
Schlitze 101 die Rundrohre 18 von den Heizpatronen 19 thermisch
entkoppeln, wodurch zwischen den Kühlmittelrohren 18 und den
Heizpatronen 19 eine Temperaturdifferenz entsteht. Durch die Schlitzte wird
in vorteilhafter Weise erreicht, dass die Heizpatronen hauptsächlich die Luft
für den Fahrzeuginnenraum erwärmen und nicht das Kühlmittel in den
Kühlmittelrohren 18.
Fig. 4c zeigt einen Schnitt längs der Schnittlinie B-B in Fig. 4b.
Fig. 5 zeigt einen dreireihigen Heizkörperblock im Querschnitt mit einer
Rippe 21, einer ersten Reihe von Rundrohren 22, einer zweiten Reihe von
Heizpatronen 23 und einer dritten Reihe von Rundrohren 24, wobei die
Luftströmungsrichtung durch einen Pfeil 25 dargestellt ist. Diese
Konfiguration hat den Vorteil, dass sich durch die Aufweitung der Rundrohre
22 und 24, das heißt der beiden äußeren Reihen ein fester
Wärmetauscherblock ergibt, in welchen dann die Heizpatronen 23 in der
Mitte eingesetzt werden. Dieser Block weist also eine größere Stabilität auf
und lässt sich einfacher montieren bzw. fügen.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht auf einen Heizkörperblock 26 mit einer ersten Reihe
von Rundrohren 27 und einer zweiten Reihe von gestrichelt dargestellten
Heizpatronen 28. Die Stirnseiten der Heizpatronen 28 sind durch einen
kastenförmigen Sammelanschluss 29 abgedeckt, der die Heizpatronen 28
auf hier nicht dargestellte Weise elektrisch miteinander verbindet und einen
äußeren Stecker 30 für die Stromzufuhr aufweist. Der Sammelanschluss 29
ist über zwei Clipse 31, 32 mit dem Heizkörper verbunden. Damit ergibt sich
eine einbaufertige Einheit eines Rundrohrheizkörpers 26 mit elektrischer
Zusatzheizung.