DE10143852A1

DE10143852A1 - Heizkörper

Info

Publication number: DE10143852A1
Application number: DE2001143852
Authority: DE
Inventors: Hans Pfanzelt
Original assignee: Webasto Thermosysteme GmbH; Webasto Thermosysteme International GmbH
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2001-09-06
Filing date: 2001-09-06
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: DE10143852B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Heizkörper, insbesondere für eine Heizungsanlage eines Kraftfahrzeuges, der zumindest ein PTC-Heizelement (10) aufweist, das zur Erwärmung des Heizkörpers vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Federelement (12) vorgesehen ist, durch welches das zumindest eine PTC-Heizelement (10) an zumindest eine Anlagefläche (14) gedrückt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heizkörper, insbesondere für eine Heizungsanlage eines Kraftfahrzeuges, der zumindest ein PTC-Heizelement aufweist, das zur Erwärmung des Heizkörpers vorgesehen ist.
Ein derartiger Heizkörper ist beispielsweise aus der EP 0 707 434 B1 bekannt. Es kann sich insbesondere um einen Heizkörper mit einem Rippen-Rohrblock handeln, der von aufzuheizender Luft durchströmbar ist, und der wenigstens eine Reihe von wärmeleitend zwischen den Rippen angeordneten rohrförmigen Elementen aufweist. Die Rippen können insbesondere Wellrippen sein, wobei zusätzlich oder alternativ auch Welllamellen vorgesehen sein können. In einem rohrförmigen Element ist typischerweise eine Mehrzahl von PTC-Heizelementen angeordnet. Dies schließt nicht aus, dass der Heizkörper zusätzliche Rohre aufweist, die dazu vorgesehen sind, von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt zu werden. Hinsichtlich der PTC-Heizelemente ist es wichtig, dass ein Übergang von einem PTC-Heizelement zu einer Anlagefläche, zu der Wärme von dem PTC- Heizelement übertragen werden soll, einen möglichst geringen Wärmewiderstand aufweist. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn PTC-Heizelemente eingesetzt werden, deren Außenabmessungen relativ großen Toleranzen unterliegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen Heizkörper derart weiterzubilden, dass ein verringerter Wärmewiderstand zwischen zumindest einem PTC-Heizelement und einer Anlagefläche erzielt wird, auf die Wärme von dem PTC-Heizelement übertragen werden soll.
Diese Aufgabe wird durch einen Heizkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch auf dass zumindest ein Federelement vorgesehen ist, durch welches das zumindest eine PTC-Heizelement an zumindest eine Anlagefläche gedrückt wird. Durch diese Lösung wird der Wärmewiderstand zwischen dem zumindest einen PTC- Heizelement und der Anlagefläche minimiert, ohne dass ein Verkleben oder dergleichen erforderlich ist. Weiterhin ist ein Austausch von einem oder mehreren PTC-Heizelementen möglich. Auch eine getrennte Entsorgung von PTC- Heizelementen und von anderen Bestandteilen des Heizkörpers wird auf diese Weise erleichtert.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Heizkörpers ist vorgesehen, dass das zumindest eine PTC-Heizelement in einem rohrförmigen Element angeordnet ist. Dabei kann das rohrförmige Element beispielsweise ein Rohr bilden, an dem direkt Rippen und/oder Lamellen befestigt sind. Alternativ ist es denkbar, dass das rohrförmige Element in ein Hüllrohr eingeschoben wird, an dem Rippen und/oder Lamellen befestigt sind. Bei der zuletzt genannten Variante können bei der Herstellung des Heizkörpers zunächst mehrere Hüllrohre mit Rippen und/oder Lamellen verbunden werden, beispielsweise durch Löten und/oder Schweißen, wobei vorzugsweise mehrere rohrförmige Elemente, in denen vorzugsweise jeweils mehrere PTC-Heizelemente angeordnet sind, erst anschließend in die Hüllrohre eingeschoben werden.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das rohrförmige Element, bezogen auf seine Längsachse, durch zumindest ein oberes Element und zumindest ein unteres Element gebildet ist. Insbesondere wenn mehrere PTC-Heizelemente in einem rohrförmigen Element angeordnet werden sollen, erleichtert die zweiteilige Ausführung des rohrförmigen Elements das Anordnen der PTC-Heizelemente.
Dabei kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass zumindest ein oberes Element und/oder zumindest ein unteres Element durch ein Aluminiumprofil gebildet ist. Aluminium wird bevorzugt, weil es eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass sich ein oberes Element und/oder ein unteres Element durch den gesamten Heizkörper erstreckt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das rohrförmige Element direkt mit Rippen und/oder Lamellen verbunden wird. In vielen Fällen ist es ausreichend, dass sich nur eines der oberen und unteren Elemente durch den gesamten Heizkörper erstreckt. Das andere Element kann gegebenenfalls mehrteilig ausgebildet sein, wenn dies vorteilhaft ist.
Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizkörpers sieht vor, dass zumindest ein oberes Element und ein unteres Element formschlüssig- und/oder kraftschlüssig ineinander greifen. Diese Lösung ist beispielsweise vorteilhaft, wenn das obere Element und das untere Element jeweils durch ein Aluminiumprofil gebildet sind. In diesem Fall kann das rohrförmige Element gebildet werden, indem die beiden Aluminiumprofile ineinander geschoben werden. Alternativ oder zusätzlich zu einem Ineinanderschieben, kann auch eine Snap-In- Verbindung vorgesehen werden.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Heizkörpers ist vorgesehen, dass das zumindest eine Federelement einen ersten Schenkel und einen zweiten Schenkel aufweist, die derart miteinander verbunden sind, dass das zumindest eine Federelement einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist. Die Federwirkung wird in diesem Fall zwischen dem ersten freien Schenkel und dem zweiten freien Schenkel des Federelements hervorgerufen, beispielsweise indem der erste freie Schenkel und der zweite freie Schenkel zusammengedrückt werden.
In diesem Zusammenhang ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass sich der erste Schenkel an dem rohrförmigen Element abstützt, und dass sich der zweite Schenkel an dem zumindest einen PTC-Heizelement abstützt. Das Abstützen schließt in diesem Zusammenhang nicht aus, dass zwischen dem ersten Schenkel und dem rohrförmigen Element und/oder dem zweiten Schenkel und dem PTC-Heizelement weitere Elemente angeordnet sind, beispielsweise elektrisches Isolationsmaterial.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heizkörpers sieht vor, dass das zumindest eine PTC-Heizelement einen ersten Stromversorgungsanschluss aufweist, der in elektrischem Kontakt mit dem rohrförmigen Element steht. Dabei wird bevorzugt, dass der erste Stromversorgungsanschluss dazu vorgesehen ist, mit dem Minuspol einer Spannungsquelle verbunden zu werden. Dies gilt besonders dann, wenn der Minuspol durch die Fahrzeugmasse gebildet ist beziehungsweise mit dieser in Verbindung steht.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine PTC- Heizelement einen zweiten Stromversorgungsanschluss aufweist, der in elektrischem Kontakt mit dem zumindest einen Federelement steht. In diesem Fall kann das elektrisch leitende Federelement beispielsweise mit dem Pluspol einer Spannungsquelle in Verbindung gebracht werden, um den Heizkörper zu erwärmen. In diesem Zusammenhang wird bevorzugt, dass eine Mehrzahl von PTC- Heizelementen hintereinander in einem rohrförmigen Element angeordnet wird, wobei das rohrförmige Element mit allen ersten Stromversorgungsanschlüssen in elektrischem Kontakt steht, während das ebenfalls in dem rohrförmigen Element angeordnete Federelement beispielsweise durch folienartiges Material elektrisch von dem rohrförmigen Element isoliert ist und mit allen zweiten Stromversorgungsanschlüssen der in dem rohrförmigen Element angeordneten PTC- Heizelemente in elektrischem Kontakt steht.
Wie vorstehend bereits angedeutet, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass das zumindest eine Federelement gegenüber dem rohrförmigen Element elektrisch isoliert ist. Es sind jedoch ebenfalls Ausführungsformen denkbar, bei denen der Bereich des rohrförmigen Elements, an dem das Federelement anliegt, aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet ist.
Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Heizkörpers ist vorgesehen, dass mehreren PTC-Heizelementen ein gemeinsames Federelement zugeordnet ist. Dies gilt insbesondere, wenn mehrere PTC-Heizelemente in einem rohrförmigen Element angeordnet sind und das Federelement einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das zumindest eine Federelement Lamellen aufweist. Sofern das Federelement einen U-förmigen Querschnitt aufweist, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Randbereich eines freien Schenkels des Federelements über dessen gesamte Länge durchgehend ausgebildet ist, während der verbleibende Abschnitt dieses freien Schenkels sowie der andere freie Schenkel Einschnitte aufweist, um die einzelnen Lamellen zu bilden. Durch das Vorsehen derartiger Lamellen kann jedes PTC-Heizelement individuell an die Anlagefläche gedrückt werden, so dass beispielsweise toleranzbedingte Höhenunterschiede der einzelnen PTC-Heizelemente ausgeglichen werden können beziehungsweise sich nicht negativ auswirken.
Im Zusammenhang mit der Ausgestaltung des zumindest einen Federelementes ist vorzugsweise weiterhin vorgesehen, dass das zumindest eine Federelement aus Aluminium gebildet ist. Aluminium weist, wie erwähnt, eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, was insbesondere in Fällen vorteilhaft ist, in denen Wärme nicht nur auf die Anlagefläche, sondern über das Federelemente auch auf andere Bereiche des Heizkörpers übertragen werden soll, beispielsweise auf eine der Anlagefläche gegenüberliegende Fläche eines rohrförmigen Elements. Weiterhin ermöglicht es die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium, dass das Federelement eine Stromversorgungsleiste bilden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkörpers ist vorgesehen, dass er eine Mehrzahl von rohrförmigen Elementen aufweist, in denen jeweils eine Mehrzahl von PTC-Heizelementen angeordnet ist, und dass zwischen den rohrförmigen Elementen Welllamellen und/oder Rippenlamellen angeordnet sind. Für eine nähere Beschreibung eines an sich bekannten, jedoch typischen Aufbaus eines derartigen Heizkörpers wird auf die bereits erwähnte EP 0 707 434 B1 verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkörpers, der drei rohrförmige Elemente aufweist;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie A-B eines rohrförmigen Elements des Heizkörpers von Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß vorgesehenen Federelements; und
Fig. 4 eine Vorderansicht des Federelements von Fig. 3.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizkörpers, der drei rohrförmige Elemente 16 aufweist. Zwischen den rohrförmigen Elementen 16 des Heizkörpers sind in an sich bekannter Weise Rippen und/oder Lamellen 34 angeordnet, insbesondere Welllamellen und/oder Rippenlamellen. Die Rippen und/oder Lamellen 34 werden beim Betrieb des Heizkörpers über die rohrförmigen Elemente 16 erwärmt, so dass zwischen den Rippen und/oder Lamellen 34 durchströmende Luft erwärmt werden kann. Wie bereits erwähnt kann die elektrische Erwärmung des Heizkörpers gegebenenfalls mit einer durch einen flüssigen Wärmeträger hervorgerufenen Erwärmung kombiniert werden.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Schnittlinie A-B eines rohrförmigen Elements des Heizkörpers von Fig. 1. Das dargestellte rohrförmige Element 16 weist einen im Wesentlichen rechteckigen Innen- und Außenumfang auf und ist aus einem oberen Element 20 in Form eines Aluminiumprofils und einem unteren Element 22 gebildet, das im dargestellten Fall ebenfalls durch ein Aluminiumprofil verwirklicht ist. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich sowohl das obere Element 20 als auch das untere Element 22 durch den gesamten Heizkörper. Das obere Element 20 beziehungsweise das obere Aluminiumprofil 20 und das untere Element 22 beziehungsweise das untere Aluminiumprofil 22 sind derart ausgebildet, dass sie, nachdem sie ineinander geschoben wurden, formschlüssig- und zumindest bezogen auf einen Freiheitsgrad kraftschlüssig ineinander greifen. Damit ist das rohrförmige Element 16 bezogen auf seine Längsachse 18 zweiteilig ausgebildet. Das rohrförmige Element 16 kann entweder direkt mit Lamellen und/oder Rippen 34 des Heizkörpers in Verbindung stehen oder dazu vorgesehen sein, in ein sogenanntes Hüllrohr eingeschoben zu werden, an dem dann die Lamellen und/oder Rippen 34 befestigt sind. In dem rohrförmigen Element 16 sind, aus der Zeichenebene von Fig. 2 heraus, mehrere PTC-Heizelemente hintereinander angeordnet, von denen in Fig. 2 nur ein PTC-Heizelement 10 im Schnitt zu erkennen ist. Das PTC- Heizelement 10 weist einen ersten Stromversorgungsanschluss 28 auf, der in elektrischem Kontakt mit dem unteren Element 22 steht, das auch eine Anlagefläche 14 für das PTC-Heizelement 10 bildet. Ein Federelement 12 mit im Wesentlichen U-förmigem Querschnitt ist bezogen auf die Darstellung von Fig. 2 über den PTC-Heizelementen angeordnet, von denen nur das PTC-Heizelement 10 zu erkennen ist. Das Federelement 12 weist einen ersten Schenkel 24 und einen zweiten Schenkel 26 auf, wobei sich der erste Schenkel 24 an dem oberen Element 20 des rohrförmigen Elements 16 abstützt, während sich der zweite Schenkel 26 an dem PTC-Heizelement 10 abstützt. Das Federelement 12 ist aus Aluminium gebildet und daher elektrisch leitend. Der zweite Schenkel 26 des Federelements 12 steht in elektrischem Kontakt mit einem zweiten Stromversorgungsanschluss 30, der bezogen auf die Darstellung von Fig. 2 auf der Oberseite des PTC-Heizelementes 10 gebildet ist. Gleiches gilt für die weiteren PTC- Heizelemente, die in dem rohrförmigen Element 16 angeordnet, jedoch in Fig. 2 nicht dargestellt sind. Zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses ist zwischen dem ersten Schenkel 24 des Federelementes 12 und dem oberen Element 20 des rohrförmigen Elements 16 Isolationsmaterial 36 angeordnet, das folienartig ausgebildet ist. Somit bildet das untere Element 22 eine erste elektrische Anschlussschiene für die in dem rohrförmigen Element 16 angeordneten PTC- Heizelemente, während das Federelement 12 eine zweite Anschlussschiene bildet. Der erste Schenkel 24 und der zweite Schenkel 26 des Federelementes 12 sind bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung entgegen der Federkraft des Federelementes 12 zusammengedrückt, so dass der zweite Schenkel 26 des Federelementes 12 das PTC-Heizelement 10 (und die weiteren in dem rohrförmigen Element 16 angeordneten PTC-Heizelemente) an die Anlagefläche 14 drückt. Dadurch wird ein geringer Wärmewiderstand zwischen den PTC-Heizelementen und der Anlagefläche 14 erzielt. Weiterhin wird Wärme über das Federelement 12 von der Oberseite der PTC-Heizelemente 10 zu dem oberen Element 20 übertragen. Durch die Federkraft des Federelementes 12 werden das obere Element 20 und das untere Element 22 auseinander gedrückt, so dass sich ein Spiel 38 zwischen dem oberen Element 20 und dem unteren Element 22 ergibt. Wie dies der Darstellung von Fig. 2 zu entnehmen ist, ist es möglich, das obere Element 20 und das untere Element 22 entgegen der Federkraft des Federelementes 12 derart zusammenzudrücken, dass das Spiel 38 zu Null wird. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das rohrförmige Element 16 in Hüllrohre eingeschoben werden soll, da in diesem Fall auch ein Anliegen des oberen Elementes 20 und des unteren Elementes 22 des rohrförmigen Elementes 16 an einem entsprechenden Hüllrohr gewährleistet wird, so dass auch bei einem Übergang vom rohrförmigen Element 16 zu einem optional vorgesehenen Hüllrohr ein niedriger Wärmewiderstand erzielt wird. Um Höhenunterschiede der in dem rohrförmigen Element 16 angeordneten PTC-Heizelemente 10 ausgleichen zu können, ist der zweite Schenkel 26 des Federelementes 12 lamellenartig ausgebildet, wie dies Fig. 3 zu entnehmen ist.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäß vorgesehenen Federelements und Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht des Federelements von Fig. 3. Dabei ist Fig. 3 zu entnehmen, dass der zweite Schenkel 26 des Federelementes 12 eine Mehrzahl von Schnitten 40 aufweist, so dass Lamellen 32 gebildet werden. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen zwei Schnitten 40 an die Abmessungen der PTC-Heizelemente angepasst oder kleiner gewählt. Der Pfeil 36 veranschaulicht die Blickrichtung, durch die sich die Seitenansicht des Federelementes 12 von Fig. 4 ergibt. Fig. 4 zeigt das Federelement 12 im entspannten Zustand, in dem der erste Schenkel 24 und der zweite Schenkel 26 beziehungsweise die Lamellen 32 des Federelementes 12 weiter voneinander beabstandet sind, als dies im montierten Zustand gemäß Fig. 2 der Fall ist.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. Bezugszeichenliste 10 PTC-Heizelement
12 Federelement
14 Anlagefläche
16 rohrförmiges Element
18 Längsachse des rohrförmigen Elements
20 oberes Element
22 unteres Element
24 erster Schenkel
26 zweiter Schenkel
28 erster Stromversorgungsanschluss
30 zweiter Stromversorgungsanschluss
32 Federelement-Lamellen
34 Welllamellen und/oder Rippenlamellen
36 Isolationsmaterial
38 Spiel
40 Schnitte

Claims

1. Heizkörper, insbesondere für eine Heizungsanlage eines Kraftfahrzeuges, der zumindest ein PTC-Heizelement (10) aufweist, das zur Erwärmung des Heizkörpers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Federelement (12) vorgesehen ist, durch welches das zumindest eine PTC-Heizelement (10) an zumindest eine Anlagefläche (14) gedrückt wird.

2. Heizkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine PTC-Heizelement (10) in einem rohrförmigen Element (16) angeordnet ist.

3. Heizkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Element (16) bezogen auf seine Längsachse (18) durch zumindest ein oberes Element (20) und zumindest ein unteres Element (22) gebildet ist.

4. Heizkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein oberes Element (20) und/oder zumindest ein unteres Element (22) durch ein Aluminiumprofil gebildet ist.

5. Heizkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein oberes Element (20) und/oder ein unteres Element (22) durch den gesamten Heizkörper erstreckt.

6. Heizkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein oberes Element (20) und ein unteres Element (22) form- und/oder kraftschlüssig ineinander greifen.

7. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (12) einen ersten Schenkel (24) und einen zweiten Schenkel (26) aufweist, die derart miteinander verbunden sind, dass das zumindest eine Federelement (12) einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.

8. Heizkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Schenkel (24) an dem rohrförmigen Element (16) abstützt, und dass sich der zweite Schenkel (26) an dem zumindest einen PTC-Heizelement (10) abstützt.

9. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine PTC-Heizelement (10) einen ersten Stromversorgungsanschluss (28) aufweist, der in elektrischem Kontakt mit dem rohrförmigen Element (16) steht.

10. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine PTC-Heizelement (10) einen zweiten Stromversorgungsanschluss (30) aufweist, der in elektrischem Kontakt mit dem zumindest einen Federelement (12) steht.

11. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (12) gegenüber dem rohrförmigen Element (16) elektrisch isoliert ist.

12. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehreren PTC-Heizelementen (10) ein gemeinsames Federelement (12) zugeordnet ist.

13. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (12) Lamellen (32) aufweist.

14. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (12) aus Aluminium gebildet ist.

15. Heizkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Mehrzahl von rohrförmigen Elementen (16) aufweist, in denen jeweils eine Mehrzahl von PTC- Heizelementen (10) angeordnet ist, und dass zwischen den rohrförmigen Elementen (16) Welllamellen und/oder Rippenlamellen (34) angeordnet sind.