Heizkörper mit integrierter elektrischer Zusatzheizung

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Heizkörper für Kraftfahrzeug- Heizungs- oder Klimaanlagen mit integrierter elektrischer Zusatzheizung, wobei der Heizkörper einen Wärmetauscherblock aus von Kühlmittel durchströmten Rohren (18) und mit den Rohren (18) wärmeleitend verbundenen, von Luft überströmten Rippen (17) aufweist und wobei die Zusatzheizung aus einzelnen rohrförmig ausgebildeten, mit den Rippen (17) wärmeleitend verbundenen elektrischen Heizelementen (19) besteht.
Es wird vorgeschlagen, dass die Rohre (18) und die Heizelemente (19) einen runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Herstellungskosten für einen Heizkörper der eingangs genannten Art zu senken und gleichzeitig eine wirksame Zusatzheizung beizubehalten.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Heizpatronen von einem metallischen Mantel, vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung umgeben, wodurch die Wärmeleitung noch verbessert wird.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] Fig. 4c zeigt einen Schnitt längs der Schnittlinie B-B in Fig. 4b.

[0022] 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.

[0023] 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.

Ansprüche

1. Heizkörper für Kraftfahrzeug- Heizungs- oder Klimaanlagen mit integrierter elektrischer Zusatzheizung, wobei der Heizkörper einen Wärmetauscherblock aus von Kühlmittel durchströmten Rohren und mit den Rohren wärmeleitend verbundenen, von Luft überströmten Rippen aufweist und wobei die Zusatzheizung aus einzelnen rohrförmig ausgebildeten, mit den Rippen wärmeleitend verbundenen elektrischen Heizelementen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18) und die Heizelemente (19) einen runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18) und die Heizelemente (19) mit den Rippen (17) mechanisch verbunden sind .

3. Heizkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (1, 7) einen äußeren metallischen Mantel (2), insbesondere aus einer Aluminiumlegierung aufweisen.

4. Heizkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (18, 22, 24) in mindestens einer Reihe und die Heizelemente (19, 23) in mindestens einer weiteren Reihe angeordnet sind.

5. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (19) in Luftströmungsrichtung (20) auf der stromabwärtigen Seite der Rippen (17) angeordnet sind.

6. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (19) in Luftströmungsrichtung (20) nach den Rohren (18) angeordnet sind.

7. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (19) zwischen zwei Rohrreihen angeordnet sind.

8. Heizkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Heizelemente (1, 7) elektrisch leitend miteinander verbundene PTC-Elemente (3) angeordnet sind, die mindestens einen gemeinsamen aus dem Heizelement (1) herausragenden Kontakt (5, 6, 9) aufweisen.

9. Heizkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (5, 6, 9) durch einen Sammelanschluss (16, 29) an eine Stromquelle angeschlossen sind.

10. Heizkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelanschluss (29) als Kontaktschiene ausgebildet ist und durch Clipse (31, 32) mit dem Heizkörper verbunden ist.

11. Heizkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rippen (17) Schlitze (101) vorgesehen sind, wobei die Schlitze (101) in den Rippen (17) zwischen den Heizelementen (19) und den Rohren (18) angeordnet sind.

Zeichnung