DE19920061C1 - Heizungs- oder Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine 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 durchströmbaren elektrischen Zusatzheizung, die in einem Luftführungskasten angeordnet sind, sowie mit einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern der Heizung oder Klimatisierung. Zwecks bauraumsparender und montagefreundlicher Gestaltung der Heizungs- oder Klimaanlage ist die Steuereinheit stromabwärts vom Wärmetauscher und Zusatzheizung im Bodenbereich des Luftführungskastens angeordnet und die Zusatzheizung ist rechtwinklig zur Streuereinheit ausgerichtet und kontaktiert die Steuereinheit auf ihrer Unterseite.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizungs- oder Klimaanlage der eingangs Art, insbesondere für den Einbau in Personenkraftwagen der Kompaktklasse extrem bauraumsparend und montagefreundlich auszubilden.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Heizungs- oder Klimaanlage hat den Vorteil, daß die Steuereinheit platzsparend im Heizungs- oder Klimakasten untergebracht ist und dieser als funktionsfähige Komplettbaueinheit in das Fahrzeug integriert werden kann, wobei nur noch die Verbindung zum Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs hergestellt werden muß. Durch die Unterbringung der Steuereinheit im Bodenbereich wird der Luftdurchtrittsquerschnitt im Klima- oder Heizungskasten nur gering beeinträchtigt.

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

Gemäß einer bevorzugten Auführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit in einem Flachgehäuse integriert, das auf seiner Oberseite elektrische Kontaktbuchsen trägt, in die an der Unterseite der elektrischen Zusatzheizung abstehende elektrische Kontaktstifte einsteckbar sind. Das Flachgehäuse ist dabei auf dem Boden des Heizungs- oder Klimakastens befestigt oder bildet mindestens einen Teil des Kastenbodens, wobei im Flachgehäuse noch mindestens ein Luftauslaßkanal ausgebildet sein kann, um die kompakte Bauform des Heizungs- oder Klimakastens zu optimieren.

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

Fig. 1 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Klimakastens einer Klimaanlage für einen Personenkraftwagen,

Fig. 2 ausschnittweise einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 ausschnittweise eine Ansicht in Richtung Pfeil III in Fig. 1 bei fehlender elektrischer Zusatzheizung und fehlendem Luftmengensteuerorgan.

Die in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte Klimaanlage weist einen Luftführungskasten 10, auch Klimakasten genannt, auf, der eingangsseitig von einem hier nicht dargestellten Gebläse mit Luft beaufschlagt wird. Im Luftführungskasten 10 sind ein in einem Kältemittelkreislauf eingebundener Verdampfer 11 und ein in den Kühlwasserkreislauf der Brennkraftmaschine oder des Verbrennungsmotors des Personenkraftwagens eingebundener Wärmetauscher 12 aufgenommen, die von dem Gebläsestrom in der genannten Reihenfolgedurchsetzt werden. Dem Wärmetauscher 12 ist ein Luftverteiler 13 nachgeordnet, von dem mehrere Luftkanäle abzweigen, die mit in der Fahrgastzelle verteilt angeordneten Luftaustrittsdüsen verbunden sind. In Fig. 1 ist lediglich der Luftkanal 14 zu sehen, der an sog. Mitteldüsen, die im Armaturenbrett in der Fahrgastzelle integriert sind, angeschlossen ist. In Fig. 2 ist zusätzlich noch ein Luftkanal 15 zu sehen, der mit im Fußraum der Fahrgastzelle angeordneten Luftaustrittsdüsen verbunden ist. Für den Fall einer separaten Klimatisierung der linken und rechten Hälfte der Fahrgastzelle, also der Fahrer- und/oder Beifahrerseite, ist der Luftverteiler 13 durch eine in der Längsachse des Luftführungskastens 10 verlaufende Trennwand in zwei Luftverteilerkammern 131 und 132 unterteilt (Fig. 2). Von jeder Luftverteilerkammer 131 und 132 geht ein Satz der erwähnten Luftkanäle 14, 15 aus. Die vom Gebläse wahlweise aus der Fahrzeugumgebung angesaugte Frischluft oder aus der Fahrgastzelle angesaugte Mischluft wird im Verdampfer 11 gekühlt und entfeuchtet und im Wärmetauscher 12, der vol dem heißen Kühlwasser der Brennkraftmaschine durchströmt ist, aufgewärmt.

Zur Deckung des Heizwärmebedarfs bei, noch nicht warmgelaufenem 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 16 vorgesehen, die unmittelbar auf der Luftaustrittsseite des Wärmetauschers 12 angeordnet ist und von der den Wärmetauscher 12 verlassenden Luft durchströmt wird, so daß diese weiter aufgeheizt wird. In üblicher Weise wird eine solche elektrische Zusatzheizung 16 mit PTC-Elementen realisiert.

Die durch Wärmetauscher 12 und elektrische Zusatzheizung 16 strömende Luftmenge wird mittels eines Luftmengensteuerorgans 17 eingestellt, das in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 als besonders bauraumsparender Jalousieverschluß 18 ausgeführt und in der Luftverteilerkammer 17 integriert ist. Ein solcher Jalousieverschluß 18 weist einen Rahmen 19 und eine Mehrzahl von im Rahmen äquidistant übereinander angeordnete, gemeinsam schwenkbare Verschlußlamellen 20 auf, die im Schließzustand des Jalousieverschlusses 18 sich einander überlappen. Bei Vorsehen der erwähnten beiden Luftverteilerkammern 131, 132 für die getrennte Klimatisierung der linken und rechten Fahrgastzellenhälfte, ist jeder Luftverteilerkammer 131, 132 ein separater Jalousieverschluß 18 zugeordnet.

Zur Steuerung der Klimatisierung ist eine elektronische Steuereinheit 21 vorgesehen, die zur Beibehaltung der Kompaktbauweise der Klimaanlage stromabwärts von Wärmetauscher 12, elektrischer Zusatzheizung 16 und Steuerorgan 17 im Bodenbereich des Luftverteilers 13 angeordnet ist. Die elektronische Steuereinheit 21 ist dabei in einem Flachgehäuse 22 integriert, das im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 auf dem Boden des Luftführungskastens 10 befestigt ist und im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 einen Teil des Bodens des Luftführungskastens 10 selbst bildet. Im einfachsten Fall ist das Flachgehäuse 22 durch Umspritzen einer mit Elektronikbausteinen bestückten Leiterplatte 23 hergestellt, wobei der elektrische Anschluß der Leiterplatte 23 über ein Kabel 24 erfolgt, das am Boden des Luftführungskastens 10 aus diesem austritt. Das Flachgehäuse 22 trägt von seiner Oberseite her zugängliche elektrische Kontaktbuchsen 25 (Fig. 3), die sich am vorderen Ende des Flachgehäuses 22 im Bereich der elektrischen Zusatzheizung 16 befinden und so angeordnet sind, daß an der Unterseite der elektrischen Zusatzheizung 16 ausgebildete Steckkontakte 26 (Fig. 1) bei zum Flachgehäuse 22 rechtwinklig ausgerichteter elektrischer Zusatzheizung 16 in die Kontaktbuchsen 25 einsteckbar sind. Parallel zu der Reihe von Kontaktbuchsen 25 erstreckt sich auf der Oberseite des Flachgehäuses 22 eine Aufnahme 27, in die ein an der Unterseite des Rahmens 19 des Jalousieverschlusses 18 ausgebildeter Quersteg 28 (Fig. 1) zwecks bodenseitiger Halterung des Jalousieverschlusses 18 eingesteckt wird. Des weiteren ist in der Oberseite des Flachgehäuses 22, und zwar in dessen Symmetrieebene, die mit der Längsachse des Klimakastens 10 zusammenfällt, eine Nut 29 vorgesehen, die sich von der Aufnahme 27 bis zu dem von den Steckbuchsen 25 abgekehrten Ende des Flachgehäuses 22 erstreckt. In diese Nut 29 wird die den Luftverteiler 13 in die beiden Luftverteilerkammern 131, 132 unterteilende Trennwand eingesteckt und damit bodenseitig fixiert. Zur Wärmeabfuhr von den Elektronikbauteilen der Steuereinheit 21 stehen auf der Oberseite des Flachgehäuses 22 Kühlrippen 30 vor, die parallel zueinander und parallel zur Längsachse des Luftführungskastens 10 verlaufen und sich von nahe dem hinteren Ende des Flachgehäuses 22 bis nahe der Aufnahme 27 erstrecken.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 und 3 bildet das Flachgehäuse 22 ein Teil des Bodens des Luftführungskastens 10. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist der Boden des Luftführungskastens 10 im Bereich des Luftverteilers 13 eine große Aussparung 31 auf. Das Flachgehäuse 22 ist formschlüssig in die Aussparung 31 eingesetzt und liegt mit einem umlaufenden Flansch 221 auf dem Boden des Luftführungsgehäuses 10 auf. Eine zwischen Boden des Führungsgehäuses 10 und Flansch 221 ausgebildete Nut-/Federanordnung 32 sorgt für eine weitgehende Luftabdichtung im Einsetzbereich des Flachgehäuses 22. Das Flachgehäuse 22 ist - wie bereits erwähnt - von dem Luftkanal 15 durchdrungen, und an der Unterseite des Flachgehäuses 22 ist ein den Luftkanal 15 umschließender Anschlußstutzen 33 zum Aufschieben eines Verbindungsstückes zu mindestens einer im Fußraum der Fahrgastzelle angeordneten Luftaustrittsdüse ausgeformt.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel einer Klimaanlage für Personenkraftwagen beschränkt. In einer vereinfachten Version kommt die Kälteanlage einschließlich des im Luftführungskasten 10 angeordneten Verdampfers 11 in Fortfall, so daß die Anlage nur noch Heizungszwecken dient. Eine Kühlung der Fahrgastzelle ist dann nur noch durch Frischluftzufuhr bei abgeschaltetem Wärmetauscher 12 und nicht eingeschalteter elektrischer Zusatzheizung 16 möglich.

Claims (12)

1. Heizungs- oder Klimaanlage für eine Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs, mit einem von einem Heizmedium, insbesondere vom Kühlwasser einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, durchströmten und von einem Luftstrom durchsetzbaren Wärmetauscher (12), mit einer stromabwärts des Wärmtauschers (12) angeordneten, vom gleichen Luftstrom durchsetzten elektrischen Zusatzheizung (16), mit einem den Wärmetauscher (12) und die Zusatzheizung (16) aufnehmenden, der Führung des Luftstroms dienenden Luftführungskasten (10) und mit einer elektronischen Steuereinheit (21) zum Steuern der Heizung oder Klimatisierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (21) stromabwärts von Wärmetauscher (12) und elektrischer Zusatzheizung (16) im Bodenbereich des Luftführungskastens (10) angeordnet ist und daß die elektrische Zusatzheizung (16) dazu rechtwinklig angeordnet ist und auf ihrer Unterseite die Steuereinheit (21) kontaktiert.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (21) in einem Flachgehäuse (22) integriert ist, das auf seiner Oberseite elektrische Kontaktbuchsen (25) trägt, in die an der Unterseite der elektrischen Zusatzheizung (16) abstehende Kontaktstifte (26) einsteckbar sind.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachgehäuse (22) auf dem Boden des Luftführungskastens (10) befestigt ist.

4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachgehäuse (22) zumindest einen Teil des Bodens des Luftführungskastens (10) bildet.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Luftführungskastens (10) eine Aussparung (31) aufweist und daß das Flachgehäuse (22) in die Aussparung (31) formschlüssig eingesetzt und mit einem umlaufenden Flansch (221) auf dem Boden des Luftführungskastens (10) aufliegend am Luftführungskasten (10) befestigt ist.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Flansch (221) und Boden des Luftführungskastens (10) eine umlaufende Dichtung angeordnet ist, die vorzugsweise als Nut-/Federanordnung (32) ausgebildet ist.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Flachgehäuses (22) Kühlrippen (30) angeordnet sind, die sich parallel zur Längsachse des Luftführungskastens (10) erstrecken.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Flachgehäuses (22) eine Aufnahme (27) zur Halterung mindestens eines Luftmengensteuerorgans (17) ausgebildet ist, das den Luftdurchtritt durch Wärmetauscher (12) und elektrische Zusatzheizung (16) steuert.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftmengensteuerorgan (17) als Jalousieverschluß (18) mit einem Rahmen (19) und im Rahmen (19) äquidistant übereinander angeordneten, gemeinsam schwenkbaren Schwenklamellen (20) ausgebildet ist, die im Schließzustand des Jalousieverschlusses (18) sich einander überlappen, und daß der Rahmen (19) mit einem am unteren Rahmenschenkel ausgebildeten Quersteg (28) in die Ausnehmung (27) formschlüssig eingesetzt ist.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Flachgehäuse (22) mindestens ein Luftauslaßkanal (15) hindurchgeführt ist.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 2-10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite des Flachgehäuses (22) eine in Richtung der Längsachse des Luftführungskastens (10) sich erstreckende Nut (29) zum Einstecken des unteren Randbereichs eine Trennwand ausgebildet ist, die stromabwärts der elektrischen Zusatzheizung (16) zwei nebeneinander im Luftführungskasten (10) ausgebildete Luftverteilerkammern (131, 132) voneinander separiert.

12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Luftverteilerkammer (131, 132) ein separates Luftmengensteuerorgan (17) angeordnet ist.