DE19922668A1 - Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper für Kraftfahrzeuge

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper für Kraftfahrzeuge, mit einem Rippenrohrblock, bestehend aus einer Vielzahl von Rohren, in denen ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium strömt, und damit verbundenen luftbeaufschlagten Wellrippen sowie wenigstens einem Sammelkasten, in den die Rohre münden, und einer Zusatzheizeinrichtung mit elektrischen Heizelementen, die in den Rippenrohrblock integriert ist. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen solchen Wärmeübertrager derart weiterzubilden, daß die Fertigung und die Montage der Heizelemente innerhalb des Wärmeübertragers vereinfacht ist und wirtschaftlicher gestaltet wird. Um diese Aufgabe zu lösen ist vorgesehen, daß der Rippenrohrblock wenigstens ein Aufnahmeelement zur Aufnahme der Heizelemente aufweist, das mit dem Rippenrohrblock verlötbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmeübertrager, insbesondere für Heizkör­ per für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Beheizung des Fahrzeuginnenraums bei Kraftfahrzeugen erfolgt übli­ cherweise mittels des Kühlmittels des Antriebsaggregates, so daß die in der Brennkraftmaschine entstehende Wärme bedarfsweise an die in den Fahr­ zeuginnenraum strömende Luft abgegeben wird. Diese Wärme steht jedoch erst nach einer bestimmten Betriebsdauer zur Verfügung, so daß ins­ besondere in der kalten Jahreszeit das Wirksamwerden der Heizung als un­ zureichend empfunden wird. Auch durch die Entwicklung neuer, ver­ brauchsoptimierter Motoren, in denen weniger Wärmeenergie anfällt und über das Kühlmittel abgeführt wird, steht zur Fahrzeugheizung eine gerin­ gere Wärmeenergie zur Verfügung, die bei extrem niedrigen Außentempe­ raturen keineswegs zur Fahrzeugheizung ausreicht und die auch bei nor­ malem Heizungsbedarf erst bei erheblicher zeitlicher Verzögerung zu be­ haglichen Innenraumtemperaturen führt. Gleiches gilt für die Beheizung von Elektro-Fahrzeugen.
Aus den vorstehenden Gründen wurden bereits Zusatzheizungen vorge­ schlagen, die in den Luftführungskanal eingesetzt werden und die Wärme an die in den Fahrzeuginnenraum strömende Luft abgeben. Die Anordnung einer Zusatzheizung zwischen einem Wärmeübertrager einer Fahrzeug­ heizungsanlage und der Fahrzeugkabine ist beispielsweise in dem Aufsatz von Burk, Krauss, Löhle "Integrales Klimasystem für Elektroautomobile", ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, 11/1992, beschrieben.
Aus der Druckschrift DE 198 35 229 A1 ist ein Wärmeübertrager bekannt, der einen Rippenrohrblock aufweist, bestehend aus einer Vielzahl von Roh­ ren, in denen ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium strömt, und damit verbundenen luftbeaufschlagten Wellrippen, sowie zwei Sammelkästen, in die die Rohre münden, und einer Zusatzheizeinrichtung mit elektrischen Heizelementen, die in den Rippenrohrblock integriert ist. Die Heizelemente sind dabei in ein Gehäuse aufgenommen, welches in den Rippenrohrblock eingesetzt ist. Zur Bereitstellung eines entsprechenden Aufnahmeraumes innerhalb des Rippenrohrblocks ist in diesen während eines Lötprozesses ein Dummy-Platte, beispielsweise aus einem Kohlenstoff, eingesetzt, die nach dem Lötprozeß wieder entnommen wird. Das Gehäuse wird durch Ein­ hängen in den Rippenrohrblock fixiert in diesem gehalten.
Nachteilig an einem solchen bekannten Wärmeübertrager ist, daß zur Aufnahme der Heizelemente ein Gehäuse nötig ist, für das im Rippen­ rohrblock des Wärmeübertragers unter Zuhilfenahme einer Dummy-Platte in einem relativ aufwendigen Verfahren ein Aufnahmeraum geschaffen ist.
Des weiteren ist eine elektrische Zusatzheizung für ein Kraftfahrzeug aus der Druckschrift EP 243 077 A1 bekannt, bei der PTC-Elemente mit Well­ rippen in wärmeleitender Verbindung stehen und die von den PTC- Elementen erzeugte Wärme über die Wellrippen an die einen Luftfüh­ rungskanal durchströmende Luft abgegeben wird. Aus der Druckschrift EP 516 112 A1 ist eine Heizung aus mehreren in einem Gehäuse ange­ ordneten PTC-Elementen bekannt, die zwischen Anschlußleitungen an­ geordnet und gegen eine die Gesamtanordnung einschließendes Gehäu­ se isoliert sind. Das Gehäuse ist auf der Außenseite mit Rippen verse­ hen, die zur Vergrößerung der wärmeübertragenden Oberfläche im Hin­ blick auf die darüberströmende Luft dienen. In der Druckschrift EP 573 691 A1 ist ein PTC-Heizkörper beschrieben, bei dem ein PTC-Element in den Hohlraum eines Aluminium-Profils eingesetzt und durch Zusammen­ pressen der Schmalseiten mit diesem in eine großflächige Anlage ge­ bracht wird, damit ein guter Wärmeübergang von dem PTC-Element auf das Aluminium-Profil möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeübertrager der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Fertigung und die Montage der Heizelemente innerhalb des Wärmeübertragers vereinfacht ist und wirtschaftlicher gestaltet wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Rippenrohrblock wenigstens ein Aufnahmeelement zur Aufnahme der Heizelemente aufweist, das mit dem Rippenrohrblock verlötbar ist. Durch ein solchermaßen in den Rippenrohr­ block integriertes Aufnahmeelement, das mit dem Rippenrohrblock in einem Schuß verlötbar ist und damit Teil des Rippenrohrblocks ist, ist es ermög­ licht, bei hinreichend großen Materialstärken des Aufnahmeelements auf eine Dummy-Platte zur Herstellung eines Hohlraumes zur Aufnahme der Heizelemente vollständig zu verzichten, oder aber bei geringeren Material­ stärken des Aufnahmeelements eine vereinfachte Dummy-Platte zu verwen­ den. Dabei können die Aufnahmeelemente unmittelbar während der Kasset­ tierung der Rohre und Rippen des Rippenrohrblocks in diesen eingebracht werden, in dem sie dann auch verbleiben und aus dem sie nicht mehr ent­ fernt zu werden brauchen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Anspruch 2 die Auf­ nahmeelemente als Flachrohre ausgebildet, deren erster Endbereich jeweils in oder an den Sammelkasten mündet und deren zweiter Endbereich zum Einbringen der Heizelemente offen ausgeführt ist, wobei der erste Endbe­ reich gegenüber dem Sammelkasten fluiddicht verschlossen ist. Diese ein­ seitig offen gestaltete Ausführung der Aufnahmeelemente in Form von Flachrohren, die einen quer zur Rohrlängsachse etwa rechteckigen Quer­ schnitt aufweisen, ist dabei besonders für Wärmeübertrager mit lediglich einem Sammelkasten und in den Wärmeübertrager-Rohren erfolgende Um­ lenkung in der Tiefe geeignet, indem der dem Sammelkasten abgewandte zweite Endbereich zum Einbringen der Heizelemente offen ausgeführt ist. Der fluiddichte Verschluß des dem Sammelkastens zugewandten ersten Endbereichs kann dabei entweder durch eine endseitige Abdichtung des Flachrohres oder durch eine Abdichtung des Rohrbodens des Sammelka­ stens, beispielsweise durch das Weglassen von Durchzügen an dieser Stelle, erfolgen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Anspruch 3 die Auf­ nahmeelemente als Flachrohre ausgebildet, deren erster Endbereich je­ weils in oder an den Sammelkasten mündet und gegenüber dem Sam­ melkasten fluiddicht verschlossen ist, und deren zweiter Endbereich ge­ schlossen ausgeführt sein kann, wobei eine Stirnseite des Flachrohres zum Einbringen der Heizelemente wenigstens zum Teil offen ausgeführt ist. Diese gegenüber der o. g. Ausgestaltung alternative Flachrohrgeo­ metrie ist dabei sowohl für Wärmeübertrager mit einem als auch mit zwei Sammelkästen geeignet, da die Flachrohre im Bereich von beiden End­ bereichen geschlossen sind. Ein Einbringen der Heizelemente erfolgt stattdessen über eine wenigstens zum Teil offen ausgeführte Stirnseite, wobei es sich dabei vorzugsweise um die leeseitig gelegene Stirnseite des Flachrohres handelt. Damit weist das Flachrohr in diesem offen aus­ geführtem Bereich ein im Querschnitt etwa U-förmiges Profil auf.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß Anspruch 4 die Auf­ nahmeelemente jeweils zwischen zwei Wellrippen angeordnet. Dabei sind gegenüber einem nicht mit Aufnahmeelementen versehenen Wärmeübertra­ ger jeweils zwei Wärmeübertrager-Rohre und eine Wellrippe ausgespart, deren Platz durch jeweils durch die Aufnahmeelemente eingenommen ist, so daß diese jeweils von zwei Wellrippen benachbart sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist vorgesehen, daß die Heizelemente durch wenigstens ein Isolationselement in Rich­ tung der Rohr-Längsachse und Rohr-Querachse der Aufnahmeelemente fixiert gehalten sind, sowie in Richtung der Rohr-Hochachse einerseits an einer Flachseite der Aufnahmeelemente und andererseits an wenigstens einer elektrisch leitfähigen Kontaktplatte anliegen, wobei die Kontakt­ platte durch Federelemente gegen die Heizelemente gehalten ist. Dabei nehmen die Kontaktplatten sowohl eine Verteilung der Halte- bzw. An­ preßkräfte der Federelemente als auch einen Pol der elektrischen An­ schlüsse der Heizelemente wahr.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 6 liegen Heizele­ mente an beiden Flachseiten der Aufnahmeelemente an, wobei die jewei­ ligen Kontaktplatten durch wenigstens ein Federelement voneinander beabstandet sind. Indem die Aufnahmeelemente als Teil des Rippenrohr­ blockes gleichzeitig als Minuspol verwendet sind, werden die elektri­ schen Anschlußmittel auf ein Minimum reduziert, da nur ein gemeinsamer Massekontakt für den gesamten Wärmeübertrager genügt, und für jedes Kontaktplattenpaar ein weiterer.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 7 bestehen die Isolationselemente aus einem temperaturbeständigen Kunststoff, vor­ zugsweise Polyurethan, Polyamid oder Polypropylen. Dabei handelt sich dabei um Materialien, die in Heizunganlagen für Kraftfahrzeuge bereits Verwendung finden, so daß im Falle eines späteren Recyclings kein zu­ sätzlicher Werkstoff anfällt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 Eine Vorderansicht eines erfindungsgemäß ausgeführ­ ten Wärmeübertragers;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Fig. 1 entlang der Linie I-I;
Fig. 3 eine Detailansicht eines Aufnahmeelements und an­ grenzender Bauteile aus Fig. 2;
Fig. 4 eine räumliche Darstellung eines teilweise aufgeschnit­ tenen Wärmeübertragers.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen gelöteten Wärmeübertrager 10, der aus einer Vielzahl von Rohren 12 und damit verbundenen Wellrippen 14 be­ steht. An seiner Oberseite besitzt er einen Sammelkasten 16, der aus einem Sammelkastendeckel 18 und einem Rohrboden 20 besteht sowie zwei Anschlußstutzen 22 und 24 aufweist. Die Rohre 12 sind von einem flüssigen und/oder gasförmigen Medium durchströmbar und als Flachroh­ re ausgeführt. Sie besitzen an ihrer Unterseite eine intern im Rohr lie­ gende Umlenkung in der Tiefe.
Im Bereich des Rippenrohrblocks 26 des Wärmeübertragers 10 sind drei Aufnahmeelemente 28 angeordnet, die eine flachrohrförmige Gestalt aufweisen. Diese Aufnahmeelemente 28 sind derart in den Rippenrohr­ block 26 eingefügt, daß jeweils zwei Rohre 12 sowie eine Wellrippe 14 weggelassen sind und an deren Stelle ein Aufnahmeelement 28 ange­ bracht ist.
Im in Fig. 1 oben gelegenen Endbereich des Aufnahmeelements 28 ist dieses gegenüber dem Sammelkasten fluiddicht abgedichtet, indem im Rohrboden des Sammelkastens an dieser Stelle keine Öffnung vorhan­ den ist. Im unten gelegenen Endbereich des Aufnahmeelements 28 ist dieses offen ausgeführt.
Der Wärmeübertrager 10 verfügt über elektrische Zusatzheizeinrichtun­ gen, die im Innern der Aufnahmeelemente gelegen sind und in Fig. 3 und Fig. 4 näher dargestellt sind. Zwischen jeweils zwei Wellrippen 14 ist ein Aufnahmeelement 28 gelegen, in dem auf jeder Seite wenigstens ein Heizelement 30 in Form eines PTC-Elements angebracht ist. Diese Hei­ zelemente 30 sind jeweils in ein erstes Isolationselement 32 und ein zweites Isolationselement 34 eingesetzt, wobei das aus Kunststoff herge­ stelltes Isolationselement 32, 34 neben einer elektrischen Isolierung eine Fixierung der Heizelemente 30 in Richtung der Flachrohr-Längsachse 36 und der Flachrohr-Querachse 38 bewirkt. Bezüglich der Flachrohr- Hochachse 40 liegen die Heizelemente 30 jeweils mit einer Seitenfläche an der Innenseite des Aufnahmeelements 28 an, wobei die ändere Sei­ tenfläche jeweils an einer Kontaktplatte 42 anliegt. Die Kontaktplatten 42 erstrecken sich ebenso wie die Isolationselemente 32 über die gesamte Länge des Aufnahmeelements 28 und sind in den Isolationselementen 32 in nutenartigen Aussparungen 44 geführt.
Zwischen den beiden Kontaktplatten 42 ist ein Federelement 46 ange­ ordnet, das die beiden Kontaktplatten 42 jeweils voneinander weg in Richtung der Heizelemente 30 drückt und dadurch einen hinreichenden Kontakt zwischen den Heizelementen 30 und den Kontaktplatten 42 ei­ nerseits und dem Aufnahmeelement 28 andererseits bewirkt.
Das Federelement 46 kann dabei in einem vorgespannten Zustand in das Aufnahmeelement 46 eingebracht werden und im Anschluß daran geöff­ net werden, so daß die oben genannten Kräfte wirken können. Die Kon­ taktplatten 42 ragen an ihren der Unterseite des Aufnahmeelements 28 zugewandten Seite aus diesem heraus und sind derart ausgeformt, daß sie als Steckkontaktfläche 48 zum elektrischen Anschluß, vorzugsweise des Pluspols, dienen, während der Minuspol an der Masse des gesamten Wärmeübertragers anliegt.
Alternativ zu diesem Ausführungsbeispiel können die Aufnahmeelemente auch derart gestaltet sein, daß die Öffnung anstatt auf der Unterseite an der Stirnfläche 50 vorliegt. In diesem Fall werden die Heizelemente 30 durch diese Öffnung eingebracht.

Claims (10)

1. Wärmeübertrager, insbesondere Heizkörper für Kraftfahrzeuge, mit ei­ nem Rippenrohrblock (26), bestehend aus einer Vielzahl von Rohren (12), in denen ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium strömt, und damit verbundenen luftbeaufschlagten Wellrippen (14), sowie wenigstens einem Sammelkasten (16), in den die Rohre (12) münden, und einer Zu­ satzheizeinrichtung mit elektrischen Heizelementen (30), die in den Rip­ penrohrblock (26) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rip­ penrohrblock (26) wenigstens ein Aufnahmeelement (28) zur Aufnahme der Heizelemente (30) aufweist, das mit dem Rippenrohrblock (26) ver­ lötbar ist.
2. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (28) als Flachrohre ausgebildet sind, deren erster Endbereich jeweils in oder an den Sammelkasten (16) mündet und deren zweiter Endbereich zum Einbringen der Heizelemente (30) offen ausgeführt ist, wobei der erste Endbereich gegenüber dem Sammelkasten (16) fluiddicht verschlossen ist.
3. Wärmeübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (28) als Flachrohre ausgebildet sind, deren erster Endbereich jeweils in oder an den Sammelkasten (16) mündet und gegenüber dem Sammelkasten (16) fluiddicht verschlossen ist, wobei eine Stirnseite (50) des Flachrohres zum Einbringen der Hei­ zelemente (30) wenigstens zum Teil offen ausgeführt ist.
4. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (28) jeweils zwi­ schen zwei Wellrippen (14) angeordnet sind.
5. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (30) durch wenigstens ein Isolationselement (32, 34) in Richtung der Rohr-Längsachse (36) und Rohr-Querachse (38) der Aufnahmeelemente (28) fixiert gehalten sind, sowie in Richtung der Rohr-Hochachse (40) einerseits an einer Flachseite der Aufnahmeelemente (28) und andererseits an wenig­ stens einer elektrisch leitfähigen Kontaktplatte (42) anliegen, wobei die Kontaktplatte (42) durch wenigstens ein Federelement (46) gegen die Heizelemente (30) gehalten ist.
6. Wärmeübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Heizelemente (30) an beiden Flachseiten der Aufnahmeelemente an­ liegen, wobei die jeweiligen Kontaktplatten (42) durch wenigstens ein Federelement (46) voneinander beabstandet sind.
7. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Isolationselemente (32, 34) aus ei­ nem temperaturbeständigen Kunststoff, vorzugsweise Polyurethan, Polyamid oder Polypropylen bestehen.
8. Wärmeübertrager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (30) als PTC-Elemente ausgeführt sind.
9. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieser durch Löten hergestellt wird und die Heizelemente (30) eingesetzt werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Einsetzen der Heizelemente (30) nach der Verlö­ tung des Wärmeübertragers erfolgt, indem sie durch die offenen Sei­ ten der Aufnahmeelemente (28) in diese eingeschoben werden, wobei die Aufnahmeelemente (28) mitverlötet sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Wärmeübertragers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hei­ zelemente (30) mit den Isolationselementen (32, 34) verbunden wer­ den und Kontaktplatten (42) sowie wenigstens ein vorgespanntes Fe­ derelement (46) aufgelegt werden und in die offenen Seiten der Auf­ nahmeelemente (28) in diese eingeschoben werden, wobei die Vor­ spannung des Federelements (46) nach dem Einschieben gelöst wird.
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