DE19902050A1 - Heizungs- oder Klimaanlage für Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs- oder Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei Kraftfahrzeugen, deren Brennkraftmaschine oder Motor verbrauchsoptimiert konstruiert ist, fällt eine wesentlich geringere Verlustwärme an, wodurch die durch die Motorkühlung zur Verfügung gestellte Heizenergie für die Heizung der Fahrgastzelle mitunter zu gering ist. Abhilfe schafft hier eine elektrische Zusatzheizung, die bei Bedarf den den Wärmetauscher durchströmenden Luftstrom stärker aufheizt.

Bei einer bekannten Heizungsanlage der eingangs genannten Art (DE 37 15 194 A1) ist der vom Kühlwasser durchströmte Wärmetauscher in einem Außenluft zur Fahrgastzelle führenden Kanal angeordnet. Daneben ist ebenfalls in dem die Außenluft führenden Kanal eine elektrische Zusatzheizung vorgesehen, die für eine Erwärmung der Luft während der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors sorgt. Um eine möglichst intensive Erwärmung der Luft mit der Zusatzheizung zu erreichen, weist diese einen großflächigen, auf eine Niedertemperatur von weniger als 150°C regelbaren Heizleiter auf und ist als flaches, kastenförmiges Gebilde geformt, das in Strömungsrichtung der Luft unmittelbar hinter dem Wärmetauscher angeordnet und an diesem befestigt ist, wobei der Wärmetauscher den Träger für die elektrische Zusatzheizung bildet.

Bei einer bekannten Heizungsanlage der eingangs genannten Art (DE 42 38 364 A1) ist die elektrische Zusatzheizung ebenfalls dem Wärmetauscher nachgeordnet, so daß der von einem Gebläse erzeugte Luftstrom zunächst den Wärmetauscher durchströmt, nur teilweise erwärmt wird und anschließend durch die elektrische Zusatzheizung hindurchströmt und hier auf eine höhere Temperatur aufgeheizt wird. Die so vorgewärmte Luft strömt in die Fahrgastzelle ein. Ein in der Fahrgastzelle angeordneter Innenraumtemperaturfühler, der zusammen mit einem Sollwertgeber den Heizbedarf ermittelt und in dem in die Fahrgastzelle einströmenden Luftstrom angeordnet ist, steuert über ein Steuergerät den Kühlwasserfluß durch den Wärmetauscher und die Einschaltdauer der Zusatzheizung.

Bei einer ebenfalls bekannten Heizungsanlage für Kraftfahrzeuge (DE 44 33 814 A1) setzt sich die dort ebenfalls vorhandene elektrische Zusatzheizung aus einer Mehrzahl von sog. PTC-Elementen (Positive Temperature Coefficient) zusammen, die elektrisch aufgeheizt und von dem den Wärmetauscher verlassenden Luftstrom um- bzw. durchströmt werden.

In allen bekannten Heizungsanlagen erfolgt die Anordnung der elektrischen Zusatzheizung in dem den Luftstrom führenden Luftkanal hinter dem Wärmetauscher und macht eine spezielle, auf die elektrische Zusatzheizung bezogene Auslegung des Luftkanals notwendig, da für die elektrische Zusatzheizung zusätzlichen Bauraum geschaffen werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- oder Klimaanlage der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß für den Einbau der elektrischen Zusatzheizung kein gesonderter Bauraum im Luftführungskanal erforderlich ist.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Heizungs- oder Klimaanlage hat den Vorteil, daß durch die unmittelbare Einbindung der elektrischen Zusatzheizung in den Wärmetauscher dessen Abmessungen unverändert bleibt, so daß in dem in einem Klimakasten ausgebildeten Luftkanal ohne konstruktive Änderungen wahlweise ein normaler, ausschließlich vom Kühlwasser des Kühlwasserkreislaufs durchflossener Wärmetauscher oder ein Wärmetauscher mit integrierter elektrischer Zusatzheizung eingesetzt werden kann. Dadurch ergibt sich die zusätzliche Möglichkeit, bereits installierte Heizungs- oder Klimaanlagen nachträglich mit einer elektrischen Zusatzheizung zu versehen, was durch einfachen Wärmetauscherwechsel im Klimakasten erfolgen kann. Durch die Integration der elektrischen Zusatzheizung in den Heizwärmetauscher wird auch der Luftvolumenstrom weniger stark reduziert wie bei den bekannten Heizungsanlagen. Eine Gebläseanpassung bei Einbau der elektrischen Zusatzheizung ist daher nicht erforderlich.

Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Heizungs- oder Klimaanlage mit vorteilhaften Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Wärmetauscher eine Mehrzahl von vom Kühlwasser durchströmten Wasserkanälen, die sich im Parallelabstand voneinander über die Luftdurchtrittsfläche des Wärmetauschers erstrecken und endseitig jeweils in einem Wassersammelkasten münden, sowie Wärmeleitlamellen auf, die mit den Wasserkanälen verbunden sind. Die elektrische Zusatzheizung besitzt eine Mehrzahl von elektrischen Heizstäben, die sich zwischen den Wasserkanälen und parallel dazu in vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung über die Luftdurchtrittsfläche erstrecken. Bevorzugt verlaufen dabei wechselweise ein mit Wärmeleitelementen versehener Wasserkanal und ein elektrischer Heizstab parallel nebeneinander.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besitzt jeder Heizstab zwei parallel zueinander verlaufende Stromschienen und eine Mehrzahl von PTC-Elementen, die voneinander beabstandet zwischen den beiden Stromschienen angeordnet und mit diesen mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind.

Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, ist zwischen jedem Heizstab und einem benachbarten Wasserkanal eine elektrische Isolierplatte angeordnet, an der sich einerseits die mit dem Wasserkanal verbundenen Wärmeleitelemente und andererseits von den Stromschienen abstehende Wärmeleitelemente abstützen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zur Steuerung der Zusatzheizung in Abhängigkeit von den Wärmebedarf bestimmenden Größen, wie Außentemperatur, Kühlwassertemperatur, ein Steuergerät vorgesehen, das am Wärmetauscher so angeordnet ist, daß es von der in den Wärmetauscher einströmenden Luft bestrichen ist. Das Steuergerät weist eine Leistungselektronik und Kühlkörper zur Wärmeabfuhr auf und die Anordnung des Steuergeräts ist auf der Lufteintrittsseite des Wärmetauschers so getroffen, daß mindestens die Kühlkörper im Luftstrom liegen. Durch diese Unterbringung des für die Steuerung der elektrischen Zusatzheizung erforderlichen Steuergeräts am Wärmetauscher erhält man eine kompakte Baueinheit, die in einem einzigen Montagevorgang durch Verschrauben, Verclipsen oder eine andere klapper- und spielfreie Verbindung ohne Verkabelung der Heizstäbe und des Steuergeräts untereinander im Klimakasten untergebracht werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Steuergerät auf einem Kunststoffrahmen angeordnet, der auf der Lufteintrittsseite des Wärmetauschers auf diesen aufgesetzt und mit diesem verbunden, z. B. verclipst oder verschraubt ist. Die zwischen den Wasserkanälen des Wärmetauschers angeordneten elektrischen Heizstäbe der Zusatzheizung sind jeweils in einem von der dem Wärmetauscher zugekehrten Unterseite des Kunststoffrahmens einstückig abstehenden, in den Wärmetauscher eintauchenden, rahmenartigen Trog aufgenommen, dessen längere Trogwände vorzugsweise die zwischen den Heizstäben und den Wasserkanälen verlaufenden Isolationsplatten bilden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist für die elektrische Zusatzheizung ein mechanischer Ein-/Aus­ schalter vorgesehen, der räumlich in der Zusatzheizung integriert und von einem im Armaturenbrett plazierten manuellen Bedienknopf über beispielsweise einen Bowdenzug und einen durch diesen schwenkbaren Nocken betätigbar ist. Durch die räumliche Integration des Ein-/Ausschalters in die elektrische Zusatzheizung wird eine konzentrierte Bauweise des kompletten Zuheizsystems mit mechanischer Schalteinrichtung erzielt. Somit ist es möglich, die Heizungsvarianten mit oder ohne elektrische Zusatzheizung nur auf den Klimakasten zu beschränken, ohne weitere Bedienelemente im Armaturenbrett zu verändern. Die Gebläsekastenvarianten mit oder ohne elektrische Zusatzheizung werden erst unmittelbar vor der Montage gebildet, was bedeutet, daß Klimakästen und elektrische Zuheizmodule separat angeliefert werden. Durch die unmittelbar vor Verbau gebildeten Varianten werden Logistikkosten eingespart und der Koordinierungsaufwand minimiert. Die Fertigung kann flexibler auf den Bedarf reagieren. Dabei kann die elektrische Zusatzheizung sowohl in den Wärmetauscher integriert als auch separat vom Wärmetauscher in den Luftstrom eingesetzt werden.

Eine Einsparung von Bauelementen erhält man, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Ein-/Aus­ schalter von einer im Klimakasten vorhandenen Luftmischklappe zum Mischen eines den Wärmetauschers umgehenden Kaltluftstrom und eines durch den Wärmetauscher strömenden Warmluftstroms betätigt wird, wobei der Ein-/Ausschalter so justiert ist, daß sein im elektrischen Stromkreis der Zusatzheizung liegender Schaltkontakt in der Schwenkendstellung der Luftmischklappe für maximale Warmluftzufuhr geschlossen ist. Die Luftmischklappe wird dabei von einem die Schwenkstellung der Luftmischklappe vorgebenden Temperatureinsteller betätigt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der mechanische Ein-/Ausschalter für die elektrische Zusatzheizung räumlich auch an einem dem Wärmetauscher vorgeordneten Gebläse zur Erzeugung des den Wärmetauscher und die elektrische Zusatzheizung durchströmenden Luftstroms angeordnet werden, wobei der Ein-/Ausschalter wiederum von einem im Armaturenbrett plazierten manuellen Bedienknopf aus bestätigbar ist. Hier ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei der räumlichen Unterbringung des Ein-/Ausschalters im Heizmodul der elektrischen Zusatzheizung selbst.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher beschrieben. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 einen Längsschnitt gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 3 eines Wärmetauschers mit integrierter elektrischer Zusatzheizung der Klimaanlage in Fig. 1,

Fig. 3 ausschnittweise eine perspektivische Ansicht des Wärmetauschers mit integrierter elektrischer Zusatzheizung in Fig. 2.

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung des Wärmetauschers in Fig. 2 und 3 vor der Montage der elektrischen Zusatzheizung,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines auf den Wärmetauscher gemäß Fig. 4 aufsetzbaren Kunststoffrahmens mit Trögen zur Aufnahme der elektrischen Zusatzheizung,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines mit dem Kunststoffrahmen in Fig. 5 verbindbaren Steuergeräts für die elektrische Zusatzheizung,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Kunststoffrahmens in Richtung Pfeil VII in Fig. 5 mit einem eingesetzten Heizstab der elektrischen Zusatzheizung, vergrößert dargestellt,

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer Stromschiene mit Kontaktschiene der elektrischen Zusatzheizung in Fig. 7, vergrößert dargestellt,

Fig. 9 eine perspektivische Unteransicht eines Heizmoduls einer elektrischen Zusatzheizung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel,

Fig. 10 eine Frontansicht des Heizmoduls in Richtung X in Fig. 9,

Fig. 11 eine Seitenansicht eines Ein-/Ausschalters für die elektrische Zusatzheizung in Fig. 9 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Die in Fig. 1 schematische im Längsschnitt dargestellte Klimaanlage weist ein Gebläse 11 auf, das an dem Eingang eines Luftführungskastens 12, auch Klimakasten genannt, angeschlossen ist. Im Luftführungskasten 12 sind ein in einem Kältemittelkreislauf eingebundener Verdampfer 13 und ein in dem Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine oder des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs eingebundener Wärmetauscher 14 aufgenommen, die stromabwärts des Gebläsestroms in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Dem Wärmetauscher 14 ist ein Luftverteiler 15 unmittelbar nachgeordnet, von dem drei Luftkanäle 16-18 abzweigen. Der mittlere Luftkanal 16 führt zu hier nicht dargestellten Luftaustrittsdüsen in der Mittelebene der Fahrgastzelle, während der Luftkanal 17 zu den Defrosterdüsen an der Unterseite der Frontscheibe der Fahrgastzelle und der Luftkanal 18 zu im Fußraum der Fahrgastzelle angeordneten Fußraumdüsen führt. Die vom Gebläse 11 wahlweise aus der Fahrzeugumgebung angesaugte Frischluft oder aus der Fahrgastzelle angesaugte Mischluft wird im Verdampfer 13 gekühlt und entfeuchtet und im Wärmetauscher 14, der von dem heißen Kühlwasser der Brennkraftmaschine durchströmt ist, aufgewärmt. Die so konditionierte Luft wird über den Luftverteiler 15 auf die einzelnen Luftaustrittsdüsen in der Fahrgastzelle aufgeteilt. Das aus der vom Gebläse 11 geförderten Luft ausfallende und im Luftführungskasten 12 sich niederschlagende Wasser wird über ein Wasserabscheider 19 im Kastenabschnitt zwischen Verdampfer 13 und Wärmetauscher 14 abgeführt.

In Fig. 2 und 3 ist der Wärmetauscher 14 mit allen seinen Einzelheiten dargestellt. Das von der Brennkraftmaschine kommende heiße Kühlwasser tritt über einen Kühlwasserzulauf 21 in einen Wassersammelkasten 22 ein und verteilt sich hier auf eine Vielzahl von Wasserkanälen 23, die sich parallel zueinander über die gesamte Luftdurchtrittsfläche 141 des Wärmetauschers 14 erstrecken. Die Wasserkanäle 23 münden in einem auf der gegenüberliegenden Seite des Wärmetauschers 14 parallel zu dem ersten Wassersammelkasten 22 angeordneten zweiten Wassersammelkasten 24. Das in den zweiten Wassersammelkasten 24 einfließende Wasser wird über einen Kühlwasserablauf 25 zurück zur Brennkraftmaschine geführt. Wie aus der perspektivischen Darstellung in Fig. 3 ersichtlich ist, sind die einzelnen, zueinander parallelen Wasserkanäle 23 in eine Vielzahl von nebeneinanderliegenden Kanalröhren 231 mit rechteckigem Querschnitt unterteilt, die durch jeweils eine Kanalwand 232 voneinander getrennt sind. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist jeder Wasserkanal 23 mit vier Kanalröhren 231 ausgebildet. Auf der Ober- und Unterseite eines jeden Wasserkanals 23 sind Wärmeleitelemente 26 in Form von Lamellen oder Rippen angeordnet, die in mechanisch fester und wärmeleitender Verbindung mit den Wänden des Wasserkanals 23 stehen und für eine gute Wärmeabgabe an die sie durchströmende Luft sorgen.

Zur Deckung des Heizwärmebedarfs bei noch nicht warmgelaufenen Verbrennungsmotor und/oder zur Deckung des maximalen Heizwärmebedarfs bei Kraftfahrzeugen mit verbrauchsoptimierten Verbrennungsmotoren, bei denen der Heizwärmebedarf nicht mehr allein von dem Kühlwasserkreislauf des Verbrennungsmotors gedeckt werden kann, ist eine elektrische Zusatzheizung 20 vorgesehen, die ebenfalls von der vom Gebläse 11 geförderten Luft durchströmt wird, die auch den Wärmetauscher 14 durchströmt, und diese zusätzlich aufheizt. Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ist die elektrische Zusatzheizung 20 baulich in den Wärmetauscher 14 integriert, und zwar so, daß dieser seine Abmessungen gegenüber einem herkömmlichen, nur vom Kühlwasser durchströmten Wärmetauscher 14 ohne elektrische Zusatzheizung nicht verändert. Die elektrische Zusatzheizung 20 besitzt eine Mehrzahl von elektrischen Heizstäben 27, die sich zwischen den Wasserkanälen 23 und parallel dazu in vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung über die Luftdurchtrittsfläche 141 des Wärmetauschers 14 erstrecken. Dabei verlaufen wechselweise ein mit den Wärmeleitelementen 26 bestückter Wasserkanal 23 und ein elektrischer Heizstab 27 parallel nebeneinander. Zur Optimierung der Wärmeabgabe an den Luftstrom ist auch jeder Heizstab 27 auf seinen beiden voneinander abgekehrten Außenseiten mit Wärmeleitelementen 28 in Form von Lamellen oder Rippen versehen. Jeder Heizstab 27 besitzt zwei parallel zueinander verlaufende Stromschienen 30, 31 und eine Mehrzahl von sog. PTC-Elementen 29, die voneinander beabstandet zwischen den beiden Stromschienen 30, 31 angeordnet und mit diesen mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind. Diese PTC-Elemente 29 weisen beispielsweise ein Waben- oder Hohlkastenprofil auf und sind aus einem elektrisch leitenden Material mit positivem Temperaturkoeffizienten hergestellt. Über die beiden Stromschienen 30, 31 sind die PTC-Elemente 29 an einem elektrischen Stromkreis angeschlossen. Die beiden Stromschienen 30, 31 sind endseitig in Isolatoren 32, 33 gehalten, die auf den einander zugekehrten Innenflächen der Wassersammelkästen 22 und 24 befestigt sind. Zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen ist zwischen jedem Wasserkanal 23 mit Wärmeleitelementen 26 und jedem Heizstab 27 mit Wärmeleitelementen 28 eine Isolationsplatte 34 angeordnet, die sich parallel zu Wasserkanal 23 und Heizstab 27 zwischen den beiden Wassersammelkästen 22, 24 erstreckt. An dieser Isolationsplatte 34 sind die von dem Wasserkanal 23 bzw. Stromschienen 30, 31 gehaltenen Wärmeleitelemente 26 bzw. 28 auf voneinander abgekehrten Seiten abgestützt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, erstrecken sich die Wasserkanäle 23 mit Wärmeleitelementen 26, die Stromschienen 30, 31 mit den PTC-Ele­ menten 29, die Isolationsplatten 34 und die Isolatoren 32, 33 über die gesamte in Luftströmungsrichtung gesehene Tiefe des Wärmetauschers 14.

Zur Steuerung der elektrischen Zusatzheizung 20 in Abhängigkeit von den Wärmebedarf bestimmenden Größen, wie Außentemperatur, Kühlwassertemperatur u. dgl., ist ein Steuergerät 35 vorgesehen, das mit dem Wärmetauscher 14 zu einer baulichen Einheit vereinigt ist. Das Steuergerät 35 weist eine Leistungselektronik sowie Kühlkörper zur Abfuhr der in der Leistungselektronik erzeugten Wärme auf, die in ihrer Gesamtheit in Fig. 6 mit dem Kasten 36 symbolisiert sind. Leistungselektronik und Kühlkörper 36 sind auf einer Platine 37 angeordnet, die mit Buchsen 38 für elektrische Anschlußstecker 39 bestückt ist. Außerdem weist die Platine 37 noch eine hier nicht zu sehende Kontaktleiste auf, über welche die Leistungselektronik mit den Heizstäben 27 der elektrischen Zusatzheizung 20 verbindbar ist. Die Kontaktleiste ist auf der von den Anschlußsteckern 39 abgekehrten Bestückungsseite der Platine 37 angeordnet, die auch die Leistungselektronik mit Kühlkörper 36 trägt.

Das Steuergerät 35 ist auf der Lufteintrittsseite des Wärmetauschers 14 nunmehr so angeordnet, daß die Leistungselektronik mit Kühlkörper 36 in dem in den Wärmetauscher 14 eintretenden Luftstrom liegt. Hierzu ist ein Kunststoffrahmen 40 vorgesehen, der auf der die Lufteintrittsfläche bildende Oberseite des in Fig. 4 perspektivisch dargestellten Wärmetauschers 14 bündig aufgelegt und verschraubt ist, und zwar in die beiden Wassersammelkästen 22, 24 untereinander starr verbindenden Querträger 142. Hierzu werden Gewindeschrauben durch Durchgangslöcher 41 im Kunststoffrahmen 40 hindurchgesteckt und in Gewindelöchern 42 in den Querträger 142 eingedreht. Der Kunststoffrahmen 40 trägt an seiner dem Wasserzu- und -ablauf 21, 25 zugekehrten Frontseite ein vom Rahmen 40 einstückig wegstehendes, rechteckförmiges Rahmenteil 401, auf dem die Platine 37 bündig aufgesetzt und mittels Schrauben, die durch Durchgangslöcher 43 in der Platine 37 hindurchgesteckt und in Gewindelöchern 44 im Rahmenteil 401 eingeschraubt sind, befestigt ist. Statt einer Verschraubung kann auch eine Verclipsung vorgesehen werden, was ebenso für die Befestigung des Kunststoffrahmens 40 an dem Wärmetauscher 14 zutrifft.

Nach Befestigung der Platine 37 am Rahmenteil 401 steht die Leistungselektronik mit Kühlköper 36 über die Luftdurchtrittsfläche 141 des Wärmetauschers 14 vor, so daß sie von der in den Wärmetauscher 14 eintretenden Luft bestrichen wird. Die Kontaktleiste an der Platine 37 ist dabei in eine weitere Kontaktleiste 46 eingesteckt, die auf dem mit dem Kunststoffrahmen 40 in einer Ebene liegenden Rahmenschenkel des Rahmenteils 401 befestigt ist. Von dieser Kontaktleiste 46 aus ist die elektrische Verbindung zu der elektrischen Zusatzheizung 20 hergestellt.

In dem in Fig. 4 dargestellten Wärmetauscher 14 ist die in Fig. 2 und 3 zu sehende elektrische Zusatzheizung 20 noch nicht installiert. Diese wird vielmehr im Kunststoffrahmen 40 vormontiert, wie dies in Fig. 7 zu sehen ist, und mit Aufsetzen des Kunststoffrahmens 40 auf die Oberseite des Wärmetauschers 14 in Fig. 4 in die im Wärmetauscher 14 vorgehaltenen Freiräume 45 eingesetzt, so daß sich insgesamt der in Fig. 2 und 3 komplettierte Wärmetauscher 14 ergibt. Zur Aufnahme der elektrischen Zusatzheizung 20 ist an dem Kunststoffrahmen 40 für jeden Heizstab 27 der elektrischen Zusatzheizung 20 ein rahmenartiger Trog 47 ausgebildet, der an der dem Wärmetauscher 14 zugekehrten Unterseite des Kunststoffrahmens 40 vorsteht und bei Aufsetzen des Kunststoffrahmens 40 auf den Wärmetauscher 14 in den vorgehaltenen Freiraum 45 im Wärmetauscher 14 eintaucht. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 sind im Kunststoffrahmen 40 zwei voneinander beabstandete, parallele Tröge 47 vorgesehen, die in einem durch den Wasserkanal 23 mit Wärmeleitelementen 26 des Wärmetauschers 14 bedingten Abstand voneinander angeordnet sind. In jedem Trog 47 ist ein Heizstab 27 der Zusatzheizung 20 aufgenommen. In Fig. 7 ist beispielhaft ein Trog 47 mit einem Heizstab 27, wie er eingangs ausführlich beschrieben worden ist, ausgestattet. Ein gleicher Heizstab 27 wird auch in den anderen in Fig. 7 noch freien Trog 47 eingesetzt. Zwischen diesen beiden Trögen 47 verbleibt im Kunststoffrahmen 40 ein Freiraum 48, der nach Aufsetzen des Kunststoffrahmens 40 auf den Wärmetauscher 14 von dem Wasserkanal 23 mit Wärmeleitelementen 26 des Wärmetauschers 14 in Fig. 4 ausgefüllt wird. Dabei liegen die inneren, längeren Trogwände 471 an den zwischen dem Wasserkanal 23 und den Heizstäben 27 von dem einen Wassersammelkasten 22 zu dem anderen Wassersammelkasten 24 verlaufenden Isolationsplatten 34 an oder übernehmen bei Einsparung der Isolationsplatten 34 deren isolierende Funktion gegenüber den Wärmeleitelementen 26 am Wasserkanal 23.

Wie Fig. 7 zeigt, sind die Stromschienen 30, 31 der beiden Heizstäbe 27, zwischen denen jeweils die PTC-Elemente 29 eingeklemmt sind, so angeordnet, daß die Stromschienenanschlüsse gleicher Polarität auf jeweils einer der beiden Längsseiten des Kunststoffrahmens 40 liegen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 sind die Anschlußfahnen 301 (Pluspol) der Stromschienen 30 auf dem rechten Rahmenschenkel und die Anschlußfahnen 311 (Minuspol) der Stromschienen 31 auf dem linken Rahmenschenkel des Kunststoffrahmens 40 angeordnet. Auf diesen Rahmenschenkeln des Kunststoffrahmens 40 verlaufen die in Fig. 7 nicht dargestellten elektrischen Verbindungsleitungen von den Heizungsstäben 27 zu der Kontaktleiste 46 am Rahmenschenkel des Rahmenteils 401. Bevorzugt werden die elektrischen Verbindungsleitungen als Kontaktschienen 49 ausgebildet, die in den Rahmenschenkeln des Kunststoffrahmens 40 verlegt und z. B. eingeklemmt oder eingeschmolzen sind und endseitig Kontaktzungen tragen können, die zusammen die zweite Kontaktleiste 46 bilden. In diesem Fall ist die erste Kontaktleiste an der Platine 37 aus Kontaktschuhen zusammengesetzt, die jeweils eine der an den Kontaktschienen 49 ausgebildeten Kontaktzungen übergreifen. In Fig. 8 ist die eine Stromschiene 30 eines Heizstabes 27 dargestellt, die mit einer im seitlichen Rahmenschenkel des Kunststoffrahmens 40 verlegten Kontaktschiene 49 kontaktiert ist. Dabei kann die Anschlußfahne 301 der Stromschiene 30 an die Kontaktschiene 49 angelötet oder mit dieser einstückig ausgebildet sein.

In Fig. 9 ist eine als eigenständiges Heizmodul 50 konzipierte elektrische Zusatzheizung 20 dargestellt, die anders als in Fig. 1-8 nicht im Wärmetauscher 14 selbst integriert ist, sondern getrennt von einem herkömmlichen Wärmetauscher in dem den Wärmetauscher 14 durchströmenden Luftstrom eng benachbart zum Wärmetauscher angeordnet ist. Eine räumliche Integration des Heizmoduls 15 in den Wärmetauscher, wie in Fig. 1-8, ist aber ohne weiteres möglich. Das Heizmodul 50 ist mit drei Heizstäben 27 ausgestattet, wobei jeder Heizstab 27 wiederum aus zwei Stromschienen 30, 31 mit dazwischen angeordneten PTC-Ele­ menten 29 besteht. Die Heizstäbe 27 sind endseitig an Anschlußsteckern 51 angeschlossen, die in einer Steckleiste 52 an der Stirnseite des Heizmoduls 50 nebeneinander angeordnet sind. In dem Heizmodul 50 ist räumlich ein mechanischer Ein-/Ausschalter 53 für die elektrische Zusatzheizung 20 integriert, der von einen im Armaturenbrett oder einem sonstigen Platz im Cockpit des Fahrzeugs plazierten manuellen Bedienknopf (nicht dargestellt) betätigbar ist. Der Ein-/Ausschalter 53 ist dabei auf einer einstückig an der Steckerleiste 52 ausgebildeten Traglasche 54, vorzugsweise justierbar, befestigt und ragt mit einem Betätigungsstößel 55 in den Schwenkweg eines schwenkbar festgelegten Nockens 56 hinein, der im Ausführungsbeispiel der Fig. 10 an einer Luftmischklappe 57 (Fig. 10) ausgebildet ist. Die Luftmischklappe 57 mischt in bekannter Weise einen den Wärmetauscher 14 (Fig. 1) umgehenden Kaltluftstrom mit einem durch den Wärmetauscher 14 erwärmten Warmluftstrom, wobei die Mischlufttemperatur durch die Schwenkstellung der Luftmischklappe 57 bestimmt ist. Die Luftmischklappe 57 wird über einen Bowdenzug 58 (Fig. 10) von einem im Armaturenbrett angeordneten manuell zu bedienenden Temperatureinsteller gebildet (hier nicht dargestellt). Der Betätigungsstößel 55 wirkt unmittelbar auf einen im Stromkreis der elektrischen Zusatzheizung 20 angeordneten Schaltkontakt (hier nicht dargestellt), der in Ruhestellung geöffnet ist und durch Beaufschlagung durch den Nocken 56 in seine den Stromkreis der elektrischen Zusatzheizung 20 schließende Arbeitsstellung übergeht. Der Ein-/Ausschalter 53 ist dabei an der Traglasche 54 derart festgelegt, daß sein Schaltkontakt in der Schwenkendstellung der Luftmischklappe 57 für maximale Warmluftzufuhr geschlossen ist. Der Ein-/Ausschalter 53 kann dabei an der Traglasche 54 verclipst, aufgesteckt oder verschraubt sein.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 10 ist der Ein-/Ausschalter 53 an der Traglasche 54 festgeschraubt, wobei die Möglichkeit einer Justierung des Ein-/Ausschalters 53 bezüglich des Schwenkweges des Nockens 56 an der Luftmischklappe 57 bei der Montage vorgesehen ist. Hierzu ist der Ein-/Ausschalter 53 mittels einer ersten Schraube 59 an der Traglasche 54 schwenkbeweglich befestigt und trägt ein bogenförmiges, zur Schraube 59 konzentrisch angeordnetes Langloch 61, durch das der Schraubenschaft einer in die Traglasche 54 eingeschraubten Schraube 60 hindurchtritt. Bei losen Schrauben 59 und 60 kann der Ein-/Ausschalter 53 auf der Traglasche 54 geschwenkt werden, bis er richtig justiert ist, d. h. so, daß der Nocken 56 in der Schwenkendstellung der Luftmischklappe 57 über den Betätigungsstößel 55 den Schaltkontakt des Ein-/Ausschalters 51 sicher schließt. Nach dieser Einstellung werden die beiden Schrauben 59, 60 fest angezogen, so daß der Ein-/Ausschalter 53 in dieser Position unveränderlich festgelegt ist.

In Fig. 11 ist schematisch angedeutet, daß der Ein-/Ausschalter 53 für den Heizmodul 50 auch getrennt von diesem in der Klimaanlage untergebracht werden kann, wobei eine Anordnung an einer geeigneten Stelle des Gebläses 11 (Fig. 1) bevorzugt wird. Der Ein-/Ausschalter 53 wird dabei an einer am Gebläsegehäuse 52 vorbereiteten Stelle befestigt. Der Ein-/Ausschalter 53 ist auf einer Platte 63 fest montiert, die mittels eines Rundloches 64 und eines Langloches 65 bezüglich des Schwenkweges eines am Gebläsegehäuses 52 festgelegten Schwenkhebels 66 justierbar ist. An der Platte 63 ist eine Federzunge 67 endseitig eingespannt, die auf dem Betätigungsstößel 55 des Ein-/Ausschalters 53 aufliegt und in den Schwenkweg des Schwenkhebels 66 hineinragt. Der Schwenkhebel 66 ist über einen Bowdenzug 68 vom Cockpit des Fahrzeugs aus schwenkbar, wobei wiederum der Ein-/Ausschalter 53 so justiert ist, daß in der in Fig. 11 strichliniert eingezeichneten Schwenkstellung des Schwenkhebels 66 der Schaltkontakt des Ein-/Ausschalters 53 über die Federzunge 67 in seine den Stromkreis der elektrischen Zusatzheizung 20 schließende Arbeitsstellung überführt ist.

Claims (24)

1. Heizungs- oder Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs mit einem im Kühlwasserkreislauf einer Brennkraftmaschine angeordneten, von einem Luftstrom durchsetzbaren Wärmetauscher und mit einer von dem gleichen Luftstrom durchströmten elektrischen Zusatzheizung, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zusatzheizung (20) baulich in dem Wärmetauscher (14) integriert ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (14) eine Mehrzahl von vom Kühlwasser durchströmbaren Wasserkanälen (23), die sich im Parallelabstand voneinander über die Luftdurchtrittsfläche (141) des Wärmetauschers (14) erstrecken und endseitig jeweils in einem Wassersammelkasten (22, 24) münden, sowie mit den Wasserkanälen (23) verbundene Wärmeleitlamellen (26) aufweist und daß die elektrische Zusatzheizung (20) eine Mehrzahl von elektrischen Heizstäben (27) besitzt, die sich zwischen den Wasserkanälen (23) und parallel dazu in vorzugsweise gleichmäßiger Verteilung über die Luftdurchtrittsfläche (141) des Wärmetauschers erstrecken.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wechselweise ein mit Wärmeleitelementen (26) besetzter Wasserkanal (23) und ein elektrischer Heizstab (27) parallel nebeneinander verlaufen.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Heizstab (27) zwei parallel zueinander verlaufende Stromschienen (30, 31) und eine Mehrzahl von PTC-Elementen (29) besitzt, die voneinander beabstandet zwischen den beiden Stromschienen (30, 31) angeordnet und mit diesen mechanisch und elektrisch leitend verbunden sind.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Heizstab (27) und einem benachbarten Wasserkanal (23) mindestens eine elektrische Isolationsplatte (34) angeordnet ist, an der sich einerseits die mit dem Wasserkanal (23) verbundenen Wärmeleitelemente (28) und andererseits von den Stromschienen (30, 31) abstehende Wärmeleitelemente (28) abstützen.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkanäle (23) endseitig jeweils in einem Wassersammelkasten (22, 24) münden und daß die Stromschienen (30, 31) endseitig in an jedem Wassersammelkasten (22, 24) festgelegten Isolatoren (32, 33) gehalten sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkanäle (23) mit Wärmeleitelementen (26), die Stromschienen (30, 31) mit Wärmeleitelementen (28), die Isolationsplatten (34) und die Isolatoren (32, 33) sich über die gesamte, in Luftführungsrichtung gesehene Tiefe des Wärmetauschers (14) erstrecken.

8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wasserkanal (23) in mehrere, in der Tiefe des Wärmetauschers (14) gesehen, nebeneinanderliegende, durch jeweils eine Kanalwand (231) voneinander getrennte Kanalröhren (231) mit rechteckigem Querschnitt unterteilt ist.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der elektrischen Zusatzheizung (20) in Abhängigkeit von den Wärmebedarf bestimmenden Größen, wie Außentemperatur, Kühlwassertemperatur, ein Steuergerät (35) vorgesehen ist, das am Wärmetauscher (14) so angeordnet ist, daß es von der in den Wärmetauscher (14) einströmenden Luft bestrichen ist.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (35) eine Leistungselektronik und wärmeabführende Kühlkörper (36) aufweist und daß die Anordnung des Steuergeräts (35) auf der Lufteintrittsseite des Wärmetauschers (14) und so getroffen ist, daß mindestens die Kühlkörper (36) im Luftstrom liegen.

11. Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (35) auf einem Kunststoffrahmen (40) angeordnet ist, der auf der Lufteintrittsseite des Wärmetauschers (14) auf diesen aufgesetzt und mit diesem verbunden, vorzugsweise verclipst oder verschraubt, ist.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Wasserkanälen (23) des Wärmetauschers (14) angeordneten elektrischen Heizstäbe (27) der Zusatzheizung (20) jeweils in einem von der dem Wärmetauscher (14) zugekehrten Unterseite des Kunststoffrahmens (40), vorzugsweise einstückig, abstehenden, in den Wärmetauscher (14) eintauchenden, rahmenartigen Trog (47) aufgenommen sind und vorzugsweise daß die längeren Trogwände (471) die zwischen den Heizstäben (27) und den Wasserkanälen (23) mit Wärmeleitelementen (26) verlaufenden Isolationsplatten (34) bilden.

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizstäbe (27) in den Trögen (47) so aufgenommen sind, daß ihre die gleiche Polarität aufweisenden Anschlüsse auf dem gleichen Rahmenschenkel des Kunststoffrahmens (40) und Anschlüsse unterschiedlicher Polarität auf gegenüberliegenden Rahmenschenkeln jeweils oberhalb des Kunststoffrahmens (40) liegen.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffrahmen (40) eine mit der Zusatzheizung (20) elektrisch verbundene erste Kontaktleiste (46) trägt, die mit den Anschlüssen (301, 311) der Heizstäbe (27) elektrisch verbunden ist, daß die Leistungselektronik mit Kühlkörper (36) auf einer am Kunststoffrahmen (40) befestigbaren, vorzugsweise verclips- oder verschraubbaren, Platine (37) angeordnet ist und daß die Platine (37) einerseits eine die erste Kontaktleiste (46) kontaktierende zweite Kontaktleiste und andererseits Buchsen (38) für elektrische Anschlußstecker (39) aufweist.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoffrahmen (40) zur Halterung der Platine (37) ein von der von dem Wärmetauscher (14) abgekehrten Oberseite des Kunststoffrahmens (40) einstückig wegstehendes, rechteckförmiges Rahmenteil (401) aufweist, auf dem die Platine (37) mit durch das Rahmenteil (401) hindurchragender Leistungselektronik mit Kühlkörpern (36) bündig aufgesetzt und befestigt ist.

16. Anlage nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kontaktleiste (46) auf dem mit dem Kunststoffrahmen (40) in einer Ebene liegenden unteren Rahmenschenkel des Rahmenteils (401) angeordnet ist.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 14-16, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Heizstabanschlüssen (301, 311) und der ersten Kontaktleiste (46) als Kontaktschienen (49) ausgebildet sind, die im Kunststoffrahmen (40) verlegt sind.

18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschienen (49) endseitig Kontaktzungen tragen, die zusammen die erste Kontaktleiste (46) bilden, und daß die zweite Kontaktleiste an der Platine (37) aus die Kontaktzungen übergreifenden Kontaktschuhen zusammengesetzt ist.

19. Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein-/Ausschalter (53) für die elektrische Zusatzheizung (20) räumlich in der Zusatzheizung (20) integriert und von einem im Armaturenbrett des Fahrzeugs plazierten manuellen Bedienknopf betätigbar ist.

20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (53) mit einem Schaltkontakt im Stromkreis der Zusatzheizung (20) angeordnet ist und mit einem Schaltkontaktbetätigungsstößel (55) in den Schwenkweg eines über den Bedienknopf, vorzugsweise mittels eines Bowdenzugs (58), schwenkbar festgelegten Nockens (56) hineinragt.

21. Anlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (56) an einer Luftmischklappe (57) zum Mischen eines den Wärmetauscher (14) umgehenden Kaltluftstroms und eines durch den Wärmetauscher (14) erwärmten Warmluftstroms angeordnet ist, daß der Ein-/Ausschalter (53) so justiert ist, daß sein Schaltkontakt in der Schwenkendstellung der Luftmischklappe (57) für maximale Warmluftzufuhr geschlossen ist, und daß der Bedienknopf von einem die Schwenkstellung der Luftmischklappe (57) vorgebenden Temperatureinsteller gebildet ist.

22. Anlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der Ansprüche 1-18, mit einem dem Wärmetauscher (14) vorgeordneten Gebläse (11) zur Erzeugung des den Wärmetauscher (14) und die elektrische Zusatzheizung (20) durchströmenden Luftstroms, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ein-/Ausschalter (53) für die Zusatzheizung (20) räumlich am Gebläse (11) angeordnet und von einem im Armaturenbrett plazierten, manuellen Bedienknopf betätigbar ist.

23. Anlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-/Ausschalter (53) mit einem Schaltkontakt im Stromkreis der Zusatzheizung (20) angeordnet ist und mit einem Schaltkontaktbetätigungsstößel (55) in den Schwenkweg eines über den Bedienknopf, vorzugsweise mittels eines Bowdenzugs (68), schwenkbaren Hebels (66) hineinragt.

24. Anlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schaltkontaktbetätigungsstößel (55) und dem Schwenkhebel (66) eine federnde Schaltzunge (67) angeordnet ist und daß der Schwenkhebel (66) an der Schaltzunge (67) angreift, die ihrerseits den Schaltkontaktbetätigungsstößel (55) beaufschlagt.