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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizvorrichtung
zur Lufterwärmung,
die sich insbesondere für
den Einsatz als elektrische Zuheizung in Kraftfahrzeugen eignet
und die einen Rahmen aufweist, der einen Schichtaufbau mit mehreren Heizelementen
und zwischen diesen angeordneten Wärme abgebenden Elementen umfasst.
Die einzelnen Lagen dieses Schichtaufbaus können miteinander verklebt und/oder
unter Vorspannung einer in dem Rahmen aufgenommenen Feder gegeneinander
verpresst sein. Einzelne elektrische Heizelemente sind in dem Rahmen
voneinander isoliert gehalten und in der Regel an einer Stirnseite
des Rahmens in Längsrichtung
des Schichtaufbaus mit elektrischen Kontaktelementen versehen, über welche
bestimmte elektrische Heizelemente elektrisch an das Bordnetz des
Fahrzeugs angeschlossen werden können.
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Zur
Bildung der Heizelemente kommen in der Regel Wiederstandsheizelemente,
vorzugsweise PTC-Heizelemente zum Einsatz, bei denen aufgrund ihrer
Regelungscharakteristik eine Überhitzung
der Heizelemente sicher vermieden wird. Jedes der Heizelemente besteht üblicherweise
aus mehreren in Längsrichtung
des Schichtaufbaus hintereinander angeordneten PTC-Heizelementen.
Diese liegen flächig
an einer elektrisch leitenden und in der Regel gut Wärme leitenden
Oberfläche
an, über
welche die Heizelementen bestromt werden und die von den Heizelementen
erzeugte Wärme
mittels Leitung abgeführt
wird. Diese ebene Fläche
wird regelmäßig durch
die Wärme
abgebenden Elemente gebildet, die zu auf ihrer Außenseite
ein an den Heizelementen anliegendes Band haben, welches als separates Bauteil
oder integral mit sich im Wesentlichen quer zum Schichtaufbau erstreckenden
Heizrippen bzw. -lamellen verbunden ist.
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Eine
gattungsgemäße elektrische
Heizvorrichtung ist beispielsweise aus der
EP 1 157 867 bekannt, bei der eine
Steuervorrichtung zur Steuerung der Heizelemente innerhalb des Rahmens
angeordnet und durch Leistungstransistoren gebildet ist, die an
ihrer dem Schichtaufbau zugewandten Seite Kühlrippen aufweisen, die innerhalb
des Rahmens zur Abgabe der von den Transistoren erzeugten Wärme an die
die elektrische Heizein richtung quer zur Rahmenebene durchströmende Luft
freiliegen. Bei der elektrischen Heizvorrichtung nach der EP-A-1
157 867 befinden sich die Kühlrippen
hierzu in an dem Rahmen ausgesparten Fenstern. Eine ähnliche
Anordnung ist aus der
EP 1 492
384 bekannt, die ebenfalls als gattungsbildend angesehen
werden kann und bei der die Steuereinrichtung in dem Rahmen aufgenommen
und ebenfalls durch Leistungstransistoren gebildet ist. Dementsprechend
besteht auch hier die Notwendigkeit, von den Transistoren erzeugte
Verlustwärme
an die die elektrische Heizvorrichtung durchströmende Luft abzugeben.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Heizvorrichtungen
weisen zum Einen den Nachteil auf, dass zumindest die Kühlelemente der
Leistungstransistoren innerhalb des Rahmens angeordnet und von der
durchströmenden
Luft beströmt
werden müssen,
was einem kompakten Aufbau der elektrischen Heizvorrichtung entgegensteht. Bei
den Leistungstransistoren handelt es sich ferner um teure elektronische
Bauteile, die mitunter störanfällig sind,
und auch die Anordnung und Abdichtung der Kühlelemente macht konstruktiven
Aufwand erforderlich, der eine Erhöhung der Fertigungskosten mit
sich bringt. Darüber
hinaus wird bei den vorbekannten elektrischen Heizvorrichtungen
nicht der gesamte von der Luft beströmte Innenbereich des Rahmens
durch den Wärme
erzeugenden und -abgebenden Schichtaufbau gebildet, wodurch die
Wärmeabgabe
pro mit Luft beströmte
Flächeneinheit
vermindert ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine die obigen
Nachteile vermeidende elektrische Heizvorrichtung anzugeben, die insbesondere
kostengünstig
hergestellt werden kann und darüber
hinaus eine effektive Nutzung des von der Luft beströmten Innenbereiches
des Rahmens ermöglicht.
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Zur
Lösung
dieses Problems wird mit der vorliegenden Erfindung eine elektrische
Heizvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben.
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Die
erfindungsgemäße elektrische
Heizvorrichtung unterscheidet sich dadurch vom gattungsbildenden
Stand der Technik, dass die Steuereinrichtung ein Relais umfasst.
Im Gegensatz zu den vorerwähnten
elektrischen Heizvorrichtungen, bei denen Leistungs transistoren
in den Rahmen integriert sind, nutzt die erfindungsgemäße Heizvorrichtung
kostengünstige
Relais zur Steuerung der Heizelemente. Diese Relais sind von dem
Rahmen gehalten, liegen aber nicht einmal teilweise innerhalb des
Luftstroms frei, so dass der gesamte von der Luft durchströmte Innenbereich
des Rahmens zur Anordnung des Schichtaufbaus, d. h. zur gezielten
Erwärmung
der durchströmenden
Luft genutzt werden kann.
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Das
bzw. die Relais können
in den Rahmen bildenden Gehäuseteilen
angeordnet oder von diesen umgeben sein, d. h. in dem den Rahmen
bildenden Gehäuse
aufgenommen sein. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das
mindestens eine Relais an einer Leiterplatte anzuordnen, die in
Längsrichtung
des Schichtaufbaus über
diesen verlängerte elektrische
Kontaktelemente aufnimmt. Diese elektrischen Kontaktelemente werden
auf einfache Weise durch Verlängerung
einzelner Blechbänder,
die als separate Teile zwischen den Heizelementen und den Wärme abgebenden
Rippen angeordnet sind, über den
Schichtaufbau hinaus gebildet. Die elektrischen Kontaktelemente
werden dabei vorzugsweise bis an die Außenseite des Rahmens geführt und
dort in der Leiterplatte angeordnet, die auch das mindestens eine
Relais trägt.
Bei dieser bevorzugten Ausgestaltung befinden sich die wesentlichen
Steuerungselemente der elektrischen Heizvorrichtung außerhalb des
Rahmens und sind so für
Reparaturarbeiten von außen
zugänglich.
Die Montage und der Austausch eines eventuell schadhaften Relais
wird gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung dadurch vereinfacht, dass
das mindestens eine Relais auf der dem Schichtaufbau abgewandten
Seite der Leiterplatte angeordnet ist. Das mindestens eine Relais
ist dementsprechend auch bei in einer in einen Luftkanal eingebauten
elektrischen Heizvorrichtung von außen zugänglich.
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Die
vorerwähnte
Leiterplatte weist vorzugsweise sämtliche Leitungsbahnen zum
Anschluss der elektrischen Kontaktelemente an das mindestens eine
Relais und zum Anschluss des wenigstens einen Relais an das Bordnetz
eine Kraftfahrzeuges auf, sofern die elektrische Heizvorrichtung
an einem Fahrzeug realisiert wird. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung
hat die Leiterplatte in Längsrichtung des
Schichtaufbaus durchgehende Steckaufnahmen zur leitenden Aufnahme
der elektrischen Kontaktelemente und von Kontaktzungen zu den Relais.
Die Leiterplatte kann somit auf einfache Weise zunächst durch
Aufstecken auf die elektrischen Kontaktelemente an den in dem Rahmen
aufgenommenen Schichtaufbau vormontiert werden. Von der anderen Seite
können
dann die Kontaktzungen zu den Relais in die Leiterplatte leitend
eingebracht werden.
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Die
Leiterplatte und/oder das mindestens eine Relais befinden sich vorzugsweise
außerhalb des
Rahmens. Dabei hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das mindestens
eine Relais gegen Stöße und andere
unerwünschte
Beanspruchungen insbesondere während
der Montage dadurch zu schützen, dass
das Relais von einem an der Außenseite
des Rahmens angeordneten Steckergehäuse umgeben wird. Dieses Steckergehäuse bildet
vorzugsweise den weiblichen Teil eines Anschlusssteckers aus, der zumindest
die Steckkontakte zu dem Bordnetz umfasst und mit dem die elektrische
Heizvorrichtung an das Bordnetz angeschlossen wird. Die Leiterplatte hat
auf ihrer das mindestens eine Relais tragenden Seite gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung aber nicht nur die elektrischen Hauptanschlusselemente zum
Anschluss der elektrischen Heizvorrichtung an das Bordnetz, sondern
trägt darüber hinaus
Steueranschlusselemente zum Anschluss einer Steuerungsleitung an
die elektrische Heizvorrichtung. Diese Steuerungsanschlusselemente
können
beispielsweise durch einen auf die Leiterplatte aufgebrachten Stecker
ausgeformt sein.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Zeichnung. In dieser zeigen:
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1 eine
perspektivische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen elektrischen
Heizvorrichtung;
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2 eine
weitere perspektivische Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach 1 und
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3 eine
perspektivische Seitenansicht auf das in den 1 und 2 gezeigte
Ausführungsbeispiel.
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Bei
dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um eine elektrische Heizvorrichtung, die als Zuheizer in einem Kraftfahrzeug
zum Einsatz kommt und die einen Schichtaufbau
2 aus Wärme erzeugenden
Heizelementen und Wärme
abgebenden Heizrippenelementen
4 umfasst, wie er im Detail
beispielsweise in der
EP 1 157 867 beschrieben
ist. Von dem Schichtaufbau
2 sind bei dem Ausführungsbeispiel
lediglich die Heizrippenelemente
4 gezeigt, die aus mäandrierend
gebogenen Blechstreifen gebildet sind und zwischen sich unter Zwischenlage
von Blechbändern
mit mehreren in Längsrichtung
des Schichtaufbaus hintereinander angeordneten PTC-Widerstandsheizelementen klemmen.
Diese Widerstands-Heizelemente befinden sich hinter Längsstegen
6 eines
Rahmens
8, der aus zwei im Wesentlichen identischen Rahmenhälften
10,
12 gebildet
ist. Eine Reihe von PTC-Wiederstandsheizelementen bildet jeweils
ein Heizelement aus. Der Rahmen
8 bildet einen verbreiterten
Rand
14 aus, der der Anlage und Abdichtung der Enden eines
Luftkanals der Klimatisierungseinrichtung des Kraftfahrzeuges dient.
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Der
im Ausführungsbeispiel
gezeigten Schichtaufbau umfasst sechs sich parallel zueinander erstreckende
längliche
Heizrippenelemente 4, die in durch die Längsstege 6 und
Querstege 16 gebildeten Fenstern zu den Seitenflächen des
Rahmens 8 freiliegen, und vier dazwischen angeordnete Heizelemente.
An dem stirnseitigen Ende des Schichtaufbaus 6, d. h. in
Verlängerung
der Längsrichtung
der einzelnen Elemente des Schichtaufbaus bildet der aus Kunststoff
gebildete Rahmen 8 einen Befestigungsabschnitt 18 aus,
dessen Längserstreckung
im Wesentlichen der axialen Erstreckung von Befestigungsmitteln 20 zur
Befestigung eines Befestigungsflansches 22 entspricht.
Unmittelbar benachbart zu dem Befestigungsabschnitt 18,
der vollflächig geschlossen
ist, liegen die Fensteröffnungen
zu dem Schichtaufbau 2.
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Das
Ausführungsbeispiel
hat dementsprechend einen wesentlich kompakteren Aufbau in Längsrichtung
des Schichtaufbaus 2 als der aus dem gattungsbildenden
Stand der Technik bekannte Zuheizer mit den Fenstern zur Kühlung der
Kühlelemente
von Transistoren.
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Der
Befestigungsflansch 22 ist als separates Kunststoffspritzgießteil ausgebildet
und vorliegend durch die Befestigungsmittel 20 bildende
Rastmittel mit dem zweiteiligen Rahmen 8 verbunden. Zu
erkennen sind T-förmige
Rastelemente 24, die in mit Anlauframpen versehenen Rastnuten 26 in
Eingriff sind. Die Rastelemente 24 sind einstückig an
dem Befestigungsflansch 22 angeformt, der an seinen Stirnseiten
Befestigungsbohrungen 28 ausbildet.
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Der
Rahmen 8 mit dem Schichtaufbau 2 und dem daran
angeklipsten Befestigungsflansch 22 bildet eine vormontierte
Einheit aus, von der befestigungsflanschseitig elektrische Kontaktelemente 30 abstehen,
die die Oberseite des Befestigungsflansches 22 überragen.
Diese Kontaktelemente 30 sind vorliegend durch Verlängerung
ausgewählter
Blechbänder
gebildet, die jeweils zwischen den Heizrippenelementen 4 und
den Heizelementen an beiden Elementen flächig anliegen.
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Diese
Kontaktelemente 30 sind in einer Leiterplatte 32 elektrisch
leitend aufgenommen, die in Längsrichtung
der elektrischen Kontaktelemente 30 auf diese aufgeschoben
ist.
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Auf
ihrer dem Befestigungsflansch 22 abgewandten Vorderseite
trägt die
Leiterplatte 30 auf diese aufgelötete elektrische Hauptanschlusselemente 34,
die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
zur Vermeidung von Verwechslungen an gegenüberliegenden Seitenrändern des
Befestigungsflansches 22 vorgesehen sind. Diese elektrischen
Hauptanschlusselemente 34 haben in Längsrichtung der elektrischen
Kontaktelemente 30 abstehende zylinderförmige Anschlussstifte 36.
Zwischen den elektrischen Hauptanschlusselementen 36 befinden
sich zwei dicht nebeneinander angeordnete Relais 38. Diese Relais 38 sind
mit ihren Kontaktzungen 40 in an der Leiterplatte 30 ausgesparte
durchgehende Steckaufnahmen eingebracht und somit elektrisch mit
der Leiterplatte 30 kontaktiert.
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Die
Leiterplatte 32 hat eine an ein hier aus Gründen der
besseren Darstellung nicht gezeigtes Steckergehäuse angepasste Kontur. Dieses
Steckergehäuse
bildet die mechanische Aufnahme eines Steckers zum elektrischen
Anschluss des Zuheizers aus. Der Stecker kann Steckelemente zum
Anschluss der Relais 38 an Signalleitungen zum An schluss
an den Steckelementen korrespondierend ausgebildete und von der
Leiterplatte 32 getragene Steuerungsanschlusselemente umfassen.
Das Steckeranschlussgehäuse
ist vorzugsweise einteilig an dem Befestigungsflansch 22 angeformt
und kann eine sich in Längsrichtung
der Kontaktelemente 30 erstreckende Trennwand aufweisen,
durch welche die Hauptanschlusselemente und die Steueranschlusselemente
von den Relais 38 zum Schutz der Relais getrennt sind.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel
beschränkt.
So kann beispielsweise die Leiterplatte 32 zusammen mit dem
Befestigungsflansch 38 als vormontierte Einheit ausgebildet
sein, in der die Leiterplatte 32 fixiert ist. Bei dieser
alternativen Ausgestaltung erfolgt das Kontaktieren der elektrischen
Kontaktelemente 30 mit der Leiterplatte 32 beim
Aufsetzen und Befestigen des Befestigungsflansches 22 an
dem Rahmen 8, so dass ein Arbeitsgang gespart werden kann.
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- 2
- Schichtaufbau
- 4
- Heizrippenelement
- 6
- Längssteg
- 8
- Rahmen
- 10
- Rahmenhälfte
- 12
- Rahmenhälfte
- 14
- Rand
- 16
- Quersteg
- 18
- Befestigungsrand
- 20
- Befestigungsmittel
- 22
- Befestigungsflansch
- 24
- Rastelement
- 26
- Rastnuten
- 28
- Befestigungsbohrung
- 30
- Kontaktelement
- 32
- Leiterplatte
- 34
- elektrisches
Hauptanschlusselement
- 36
- Anschlussstift
- 38
- Relais
- 40
- Kontaktzunge