DE3447182A1

DE3447182A1 - Heizung fuer den fahrgastraum in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3447182A1
Application number: DE19843447182
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 5600 Wuppertal Guilleaume; Horst Dipl.-Min. 8502 Zirndorf Schäfer
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Priority date: 1984-12-22
Filing date: 1984-12-22
Publication date: 1986-06-26
Also published as: DE3447182C2

Description

Kennwort: "KFZ-Zusatzheizung"
Heizung für den Fahrgastraum in Kraftfahrzeugen Die Erfindung bezieht sich auf eine Heizung der im Gattungsbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Bei Kraftfahrzeugen, die insbesondere mit Verbrennungsmotoren betrieben sind, ist es üblich, eine Wasserkühlung des Motors vorzusehen, wozu ein Kühlkreislauf zwischen dem Motor und einem Motorkühler hergestellt wird. In diesem Fall wird für die Heizung des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs der Kühlkreislauf mit ausgenutzt; man zweigt vom Kühlkreislauf des Motors einen Nebenzweig ab, der parallel zum Motorkühler geschaltet ist und betreibt, über ein Stellventil steuerbar, einen Wärmetauscher, der im Fahrgastraum wirksam ist unter Ausnutzung des Fahrtwindes und/oder durch Verwendung eines Gebläses.
Die Erwärmung des Fahrgastraumes nimmt aber eine unzumutbar lange Zeit in Anspruch, wenn niedrige Außentemperaturen herrschen und der Motor kalt ist. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, sogenannte Standheizungen in den Fahrgastraum mit einzubauen, die zusätzliche Heizeinrichtungen aufweisen, um unabhängig von der vorerwähnten, vom Kühlkreislauf abgezeigten Wärme den Fahrgastraum zu erwärmen. Solche Standheizungen sind kostspielig und platzaufwendig, weshalb sie sich in der Standardausrüstung, aber auch in der Nachausrüstung von Fahrzeugen nicht durchsetzen konnten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preisgünstige, raumsparende Heizung für den Fahrgastraum in Kraftfahrzeugen zu entwickeln, die für eine schnelle Erwärmung sorgt.
Dies wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Maßnahmen erreicht, deren folgende besondere Bedeutung zukommt. In den erfindungsgemäßen Heizkreislauf sind wesentliche Bauteile einbezogen, die von vorneherein zur bekannten Ausrüstung des Kraftfahrzeugs im Nebenzweig seines Kühlkreislaufs gehören.
So sind die Leitungen des Nebenzweigs und der im Nebenzweig angeordnete Wärmetauscher einerseits Bestandteil der konventionellen Fahrzeugheizung und andererseits zugleich Bestandteil des erfindungsgemäßen neuen Heizkreislaufs. Wegen der doppelten Funktion dieser bereits vorhandenen Bauteile sind die Kosten der erfindungsgemäßen Zusatzheizung gering. Benötigt wird für die Erfindung zusätzlich nur der im Kennzeichen des Anspruches 1 erwähnte Bypass, der aus einer einfachen Leitung für die zirkulierende Flüssigkeit aus dem Kühlkreislauf besteht, der elektrische Heizkörper, die Umwälzpumpe und ein Drei-Wege-Ventil am Übergang zwischen dem erfindungsgemäßen Heizkreislauf und dem Kühlkreislauf. Das sind wenige, raumsparend anordbare Mittel. Von besonderer Bedeutung ist der erfindungsgemäße Vorschlag, diese hinzukommenden Bauteile in einer Baueinheit zusammenzufassen, die einfach zwischen den vorhandenen Aggregaten des Kraftfahrzeugs, nämlich dem im Fahrgastraum wirksamen Wärmetauscher einerseits und den Verbindungsleitungen zum Kühlkreislauf des Motors andererseits geschaltet wird.
Dadurch ist der Einbau der Erfindung in den Kraftfahrzeugen sehr einfach.
Das Drei-Wege-Ventil, das auch aus mehreren Einzelventilen bestehen kann, bildet die Schaltelemente, welche einerseits den erfindungsgemäßen eigenständigen Heizkreislauf zwischen dem Nebenzweig mit seinem Wärmetauscher und Bypass einschalten sowie gegenüber dem Kühlkreislauf abschließen und andererseits, wenn die gewünschte Erwärmung des Fahrgastraums erreicht ist und der Motor die erwartete Betriebstemperatur erreicht hat, den Bypass sperren, damit den erfindungsgemäßen Heizkreislauf unterbrechen und den Nebenzweig mit dem Motor-Kühlkreis verbinden.
Wie ersichtlich, wird natürlich für den erfindungsgemäßen Heizkreislauf das gleiche Heizmedium verwendet, wie es zur Kühlung des Motors und zur konventionellen Erwärmung des Fahrgastraumes verwendet wird.
Im Aufbau des erfindungsgemäßen Heizkreislaufs gibt es verschiedene Möglichkeiten. Aufbaumäßig am einfachsten wäre es, die zum konventionellen Kraftfahrzeug hinzukommenden Bauteile des erfindungsgemäßen Heizkreislaufs gemäß Anspruch 3 im Nebenzweig anzuordnen. In diesem Fall strömt die Kühlflüssigkeit aber durch diese Bauteile auch dann hindurch, wenn der erfindungsgemäße Heizkreislauf durch Sperren des Bypass unwirksam gesetzt ist. In diesem Fall wird zwar über Temperaturwächter auch der elektrische Heizkörper nach der Erfindung unwirksam gemacht, doch umströmt unnötigerweise die Flüssigkeit auch bei Normalbetrieb diese unwirksamen Bauteile, was in manchen Fällen unerwünscht ist. Deshalb empfiehlt es sich, diese zusätzlichen Bauteile -nach der Erfindung im Bypass anzuordnen, wie es Anspruch 2 vorschlägt, denn bei Ausschaltung des erfindungsgemäßen Heizkreislaufs erlischt die Strömung der Heizflüssigkeit im Bypass. Die Zusatzbauteile wirken sich daher bei Normalbetrieb nicht reibungserhöhend auf die Flüssigkeitsströmung aus.
Die vorerwähnte Ein- und Ausschaltung des elektrischen Heizkörpers bei wirksamem bzw. unwirksamem Heizkreislauf nach der Erfindung kann durch die Thermofühler mit der Zwei-Punkt-Steuerung gemäß Anspruch 4 erfolgen, womit sich dieser Vorgang leicht automatisieren läßt. Durch entsprechende Temperaturwächter ließe sich auch das Ein- und Ausschalten der Ventile bzw. des Drei-Wege-Ventils herbeiführen, der die bereits oben erwähnte Ein- und Ausschaltung des erfindungsgemäßen Heizkreislaufs steuert. So kann bei einer bestimmten niedrigen Außentemperatur und/oder bei entsprechend kaltem Motor automatisch eine Schaltstellung der Ventile durch einen Temperaturwächter herbeigeführt werden, der den erfindungsgemäßen Heizkreislauf entstehen läßt. Durch einen Temperaturfühler im Fahrgastraum kann weiterhin, wenn die gewünschte, zweckmäßigerweise auch frei vorwählbare Raumtemperatur erreicht ist, eine Umsteuerung der Ventile automatisch bewirkt werden, die den erfindungsgemäßen Heizkreislauf stoppt und die konventionelle Heizung über abgezweigte Wärme aus dem Motor-Kühlkreis einschaltet.
Eine besonders preiswerte und kompakte Bauweise ergibt sich aber, wenn man als elektrische Heizkörper im erfindungsgemäßen Heizkreislauf Durchlauferhitzer verwendet, die aus Silicium-Leitern gemäß Anspruch 5 bestehen. Diese sorgen nämlich für einen guten Wärmeübergang, weil sie nur eine dünne, den Wärmeübergang zur Heizflüssigkeit kaum behindernde Oberflächenschicht aufweisen, welche für die elektrische Isolierung zwischen dem elektrischen Strom im Leiterinneren und dem Heizmedium sorgt. Außerordentlich bewährt haben sich Silicium-Leiter in Plattenform nach Anspruch 7, weil sie durch die entstehenden Strömungskanäle zwischen ihnen für eine große wärmeübertragende Fläche bei einfachem Aufbau sorgen. Dadurch ist die preiswerte Herstellung und die kompakte Bauweise gefördert.
Zur Effizienz der erfindungsgemäßen Zusatzheizung wird man für eine ausreichend hohe Stromversorgung sorgen, weshalb es sich empfiehlt, gemäß Anspruch 8 Zusatzgeneratoren zu verwenden, die vom Motor mit angetrieben werden.
Diese Zusatzgeneratoren werden bei Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs dann wieder ausgeschaltet, wozu die Ansprüche 9 und lo verschiedene Möglichkeiten vorschlagen.
Eine Vereinfachung im Aufbau ergibt sich schließlich durch die Verwendung von Rückschlagventilen, die selbsttätig die geschilderte Umsteuerung zwischen dem erfindungsgemäßen Heizkreislauf und der konventionellen Heizung bewirken, wenn man die Strömungsrichtungen des Heizmediums gemäß Anspruch 11 wählt. Dies läuft einfach darauf hinaus, daß man die Strömungsrichtung der erfindungsgemäßen Umwälzpumpe gegensätzlich zur Strömungsrichtung jener Pumpe orientiert, die üblicherweise als Kühlmittelpumpe im Motor-Kühlkreis geschaltet ist.
Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung sind aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.
In den Zeichnungen ist die Erfindung in zwei Ausführungsbeispielen gezeigt. Es zeigen: Fig. 1 das Schaltschema vom Motor-Kühlkreis mit dem daran angeschlossenen erfindungsgemäßen Heizkreis, wobei die spezifischen Zusatzbauteile im Heizkreis, vom Kühlkreis aus gesehen, parallel zum im Fahrgastraum wirksamen Wärmetauscher angeordnet sind, Fig. 2 ein alternatives Schaltbild zu Fig. 1, das sich dadurch unterscheidet, daß die Zusatzbauteile in Reihe zum Wärmetauscher angeordnet sind, Fig. 3 halbschematisch einen Längs.chnitL duj h cille Baueinheit, worin die zum erfindungsgemäßen Heizkreislauf gehörenden Zusatzteile kompakt zusammengefaßt sind, und zwar entsprechend der Reihenschaltung von Fig. 2, Fig. 4 einen Detailschnitt durch Fig. 3 längs der Schnittlinie IV-IV von Fig. 3, und Fig. 5 halbschematisch die Seitenansicht eines den erfindungsgemäßen Heizkreis umfassenden Teilstücks der Schaltung von Fig. 1 bzw. 2, worin der Einbau der Baueinheit von Fig. 3 angedeutet ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Anlage zeigt die Schaltung für den Kreislauf eines Kühlmittels, insbesondere Wasser, das einen Motor 11, nämlich insbesondere einen Verbrennungsmotor, auf einer niedrigen Betriebstemperatur halten soll. Diese Anlage besteht zunächst aus einem konventionellen Kühlkreis lo, der die Leitungen 12, 13, 14 und 15 umfaßt. In die Leitung 13 mag der Verbrennungsmotor 11 geschaltet sein.
Der Kühlkreis lo umfaßt ferner eine Kühlmittelpumpe 16, die ebenfalls in die Leitung 13 geschaltet ist und einen Motorkühler 17, der in die Leitung 15 geschaltet sein mag.
Der Kühlkreis lo besitzt üblicherweise auch noch eine Umgehungsleitung 18, welche über ein Thermostatventil 19 die Leitung 12 mit der Leitung 14 unter Umgehung des Motorkühlers 17 verbindet. Das Thermostatventil 19 wird von einem Temperaturfühler 29 ausweislich der strichpunktiert angedeuteten Steuerleitung 28 betätigt. Der Temperaturfühler 29 stellt die Temperatur des in der Leitung 14 strömenden Kühlmittels fest. Die Kühlmittelpumpe 16 treibt das Kühlmittel im Sinne der Strömungspfeile 30 durch den Kühlkreis lo, wenn die normale Betriebstemperatur vorliegt und das Thermostatventil 29 die Umgehungsleitung 18 sperrt. Das Kühlmittel durchströmt folglich den Motorkühler 17 und gibt seine Wärmeenergie an die Umgebung ab, bevor es in seiner weiteren Strömung im Kühlkreis lo mit einer entsprechend niedrigeren Temperatur wieder zum Verbrennungsmotor 11 zurückströmt.
Ist aber die Betriebstemperatur noch nicht erreicht, wie der Temperaturfühler 29 in der Leitung 14 feststellt, so befindet sich das Thermostatventil 19 in seiner anderen Schaltstellung, wo die Umgehungsleitung 18 freigegeben ist und die Leitung zum Motorkühler 17 zweckmäßigerweise gesperrt ist. Jetzt strömt das Kühlmittel durch den Antrieb der Kühlmittelpumpe 16 am Thermostatventil 19 unmittelbar in die Umgehungsleitung 18 im Sinne der Strömungspfeile 31 von Fig. 1. Dadurch wird das Kühlmittel auf seinem Strömungsumlauf 31 in seiner Temperatur nicht erniedrigt, wodurch es, trotz des Kühlmittelumlaufs 31, zu einer wunschgemäß schnellen Erwärmung des Motors 11 auf seine gewünschte Betriebstemperatur kommt.
Es ist bei einer solchen Anlage aber auch bekannt, das erwärmte Kühlmittel zugleich zur Erwärmung eines Fahrgastraums im Kraftfahrzeug zu verwenden. Aus diesem Grunde ist an dem vorbeschriebenen Kühlkreis lo noch ein Nebenzweig 20 geschaltet, der die aus Fig. 1 ersichtlichen Leitungen 21, 22 und 23 umfaßt und einerseits über einen Knotenpunkt 24 mit seiner Leitung 23 an die Kühlkreisleitung 12 und andererseits über ein Stellventil 25 mit seiner Leitung 21 an die Kühlkreis-Leitung 14 angeschlossen ist. Zwischen dem Knotenpunkt 24 und dem Stellventil 25 verläuft aber auch die den Motorkühler 17 umfassende Kühlkreis-Leitung 15.
Im Normalfall, wenn der Fahrgastraum nicht erwärmt zu werden braucht, befindet sich das Stellventil 25 in einer Schaltstellung, welche die Nebenzweig-Leitung 21 sperrt und eine Strömung des Kühlmittels ausschließlich in die Kühlkreis-Leitung 15 ermöglicht. Es ergibt sich somit die bereits anhand der Strömungspfeile 30 beschriebene Zirkulation des Kühlmittels im Kühlkreis lo.
Ist aber der Fahrgastraum unterkühlt, so kann man mittels des Stellventils 25 eine mehr oder weniger große Menge der Strömung 30 abzweigen und im Sinne der Strömungspfeile 32 durch den Nebenzweig 20 leiten. Diese Nebenströmung 32 trifft dann an dem Knotenpunkt 24 mit der Restströmung im Sinne der Pfeile 30 aus dem Kühlkreis lo zusammen. Nun befindet sich in dem Nebenzweig, wie in der dortigen Leitung 22 angedeutet, ein Wärmetauscher 26, dem ein Gebläse 27 zugeordnet sein kann. Die Nebenströmung 32 kann also am Wärmetauscher 26 Wärme abgeben, die gegebenenfalls vom Fahrtwind oder vom Gebläse 27 in den Fahrgastraum transportiert wird. Durch eine geeignete Einstellung des Stellventils 25 kann die Größe der Nebenströmung 32 durch den Nebenzweig 20 bestimmt werden, womit die am Wärmetauscher 26 abzugebende Wärmemenge bestimmt ist. Die Einstellung des Stellventils 25 kann manuell oder, von einem Thermostaten gesteuert, automatisch erfolgen.
Wenn der Motor 11 kalt ist, kann die Nebenströmung 32 auch keine Wärme zum Wärmetauscher 26 transportieren, zumal, wie oben erläutert wurde, bei kaltem Motor über das Thermostatventil 19 die sich allmählich erwärmende Kühlflüssigkeit noch gar nicht bis in den Höhenbereich des Stellventils 25 gelangt, sondern durch die Umgehungsleitung 18 nur den durch die Pfeile 31 markierten kleinen Kühlkreislauf erzeugt. Man muß daher zunächst einmal warten, bis der volle normale Kühlkreislauf 30 zustande kommt, nachdem das Thermostatventil 19 umgeschaltet hat, so daß am Stellventil 25 die Nebenströmung 32 für den Nebenzweig 20 überhaupt erst abgezweigt werden kann. Doch selbst dann dauert es noch geraume Zeit, bis die Temperatur alle Bauteile soweit erwärmt hat, daß eine spürbare Erwärmung im Fahrgastraum eintritt.
Die Erfindung schlägt die besonderen Maßnahmen vor, die zunächst einen Bypass 40 parallel zur Leitung 22 mit dem Wärmetauscher 26 umfaßt, wobei der Bypass 40 die Nebenzweig-Leitung 21 und 23 unmittelbar verbindet. An der einen Anschlußstelle ist ein Drei-Wege-Ventil 41 angeordnet, während an der anderen Anschlußstelle ein einfacher Knotenpunkt 33 zwischen den Leitungen 23, 40 vorliegt. Als weitere Maßnahmen nach der Erfindung sind ein elektrischer Heizkörper 42 und eine Umwälzpumpe 43 vorgesehen, die im Falle der Fig. 1 in den Bypass 40 selbst geschaltet sind. Als Heizkörper wird vorteilhafterweise ein Silicium-Durchlauferhitzer verwendet, der im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 noch näher beschrieben werden wird. Die Umwälzpumpe 53 ist eine handelsübliche 12 Volt-Pumpe, die eine Wärmebeständigkeit über loo" C besitzt, wenn als Kühlmittel Wasser verwendet wird. Damit ergibt sich folgende neue Wirkungsweise in der Anlage: Bei kaltem Motor 11 und niedriger Temperatur im Fahrgastraum stellt ein Temperaturfühler 44, welcher dem elektrischen Heizkörper 42 nachgeschaltet ist, den Wärmedefizit fest und meldet ihn an eine nicht näher gezeigte Steuervorrichtung, die zwei Steuerimpulse auslöst.
Der eine Steuerimpuls wirkt auf das Drei-Wege-Ventil 41 ein und bringt es in eine erste Ventil stellung, wo die dem Ventil 41 vorgeschaltete Verbindungsleitung 21' für den Nebenzweig 20 gesperrt, aber der Bypass 40 gegenüber der dem Ventil 41 nachgeschalteten Leitung 21 geöffnet ist.
Dadurch ist die oben beschriebene Nebenströmung 32 als Zweigströmung des Hauptstroms 30 gesperrt, jedoch es entsteht unter der Wirkung der Umwälzpumpe 43 eine eigene durch die Strömungspfeile 34 in Fig. 1 angedeutete Kreisströmung. Es entsteht folglich ein eigenständiger Heizkreislauf 45, der die Leitungen 23, 40, 20, 22 mit den dort eingebauten Bauteilen 26, 44, 42, 43 untereinander verbindet.
In dem angenommenen Fall eines Temperaturdefizits im Fahrgastraum geht aber von der erwähnten Steuervorrichtung, die vom Temperaturfühler 44 umgesteuert wird, noch ein zweiter Steuerimpuls aus, der die Stromversorgung des Silicium-Durchlauferhitzers 42 einschaltet. Dieser Heizkörper ist nämlich, wie durch die elektrischen Leitungen 46 angedeutet, mit einem Zusatzgenerator 47 in Verbindung, der über eine Kupplung 48 vom Motor 11 mit angetrieben wird. Der Steuerimpuls kann z.B. darin bestehen, daß die Kupplung 48 eingeschaltet und damit der Zusatzgenerator 47 in Betrieb gesetzt wird. Natürlich sind auch andere Ein- und Ausschaltmittel für den Zusatzgenerator 47 anwendbar, wie z.B. das Ein- und Ausschalten der Felderregung oder einleinfacher elektrischer Schalter innerhalb der elektrischen Leitungen 46.
In diesem Schaltzustand wird innerhalb des eigenen Heizkreises 45 die im Heizkörper 42 entstehende Wärme zum Wärmetauscher 46 geführt und dort an den Fahrgastraum abgegeben. Diese Heizwirkung ist völlig unabhängig vom Kühlkreis lo des Motors 11 und auch seiner über den Nebenzweig 20 erfolgenden Abzweigung, auch wenn maßgebliche Bestandteile dieses Nebenzweigs 20 mit in den erfindungsgemäßen Heizkreislauf 45 integriert sind. Diese Integration verringert den Bauaufwand für die Erfindung und spart Platz in der Anlage. Die Erfindung kennzeichnenden besonderen Bauteile 40, 42, 43, 44 können, wie durch die strichpunktierte Einrahmung in Fig. 1 gezeigt ist, zu einer kompakten Baueinheit 49 zusammengefaßt sein, die im Zusammenhang mit Fig. 3 bei einer alternativen Gestaltung näher beschrieben werden wird.
Ist die gewünschte Temperatur im Fahrgastraum erreicht und/oder eine ausreichende Zeit verstrichen, innerhalb welcher das Kühlmittel im Kühlkreis lo eine ausreichend hohe Betriebstemperatur erreicht hat, so kann von der erwähnten, nicht näher gezeigten Steuerung ein weiterer zweifach wirksamer Steuerimpuls ausgehen. Im vorliegenden Fall wird diese Umsteuerung ebenfalls von dem bereits erwähnten Temperaturfühler 44 ausgelöst, der im Nachlauf der Heizströmung 34 geschaltet ist. Ist eine definierte Endtemperatur erreicht, so unterbricht ein erster Steuerimpuls die Stromversorgung des elektrischen Heizkörpers 42, was im geschilderten Ausführungsbeispiel durch eine Lösung der Kupplung 48 geschehen kann, welche den Antrieb des Zusatzgenerators 47 unterbricht. Dieser erste Steuerimpuls wird im Falle der Auslösung durch die erreichte Betriebstemperatur im Kühlkreis zugleich dazu benutzt, um die für die Heizströmung 34 maßgebliche Umwälzpumpe 43 stillzusetzen.
Hierzu genügt die Ausschaltstellung eines nicht näher in Fig. 1 gezeigten Schalters für die Stromversorgung dieser Umwälzpumpe 43. Die Umwälzpumpe 43 könnte ihre Stromversorgung auckAber die bereits erwähnten elektrischen Leitungen 46 vom Zusatzgenerator 47 erhalten, bei dessen Ausschaltung natürlich dann auch die Umwälzpumpe 43 still steht.
Bei ausreichender Erwärmung des Fahrgastraums kann ein zweiter Steuerimpuls auch die erforderliche Umsteuerung am Drei-Wege-Ventil 41 bewirken, welches nunmehr den Bypass 40 schließt und die Leitung 21 gegenüber der erwähnten Verbindungsleitung 21 zum Kühlkreislauf lo hin öffnet, weshalb dann in konventioneller Weise die Nebenströmung 32 einsetzt, um unter Ausnutzung der Motorwärme den Wärmetauscher 26 mit Wärmeenergie zu versorgen, welche den Fahrgastraum im weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs erwärmt.
In der Zwischenzeit ist nämlich die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreis lo ausreichend hoch, zumal, wenn die gewünschte Betriebstemperatur des Motors 11 bereits erreicht worden ist. Im weiteren Betrieb der Anlage wird daher die im Kühlkreis lo anfallende Motorwärme für die Erwärmung des Fahrgastraums ausgenutzt.
Natürlich ist es auch möglich, auf eine automatische Steuerung der geschilderten Art zu verzichten und das Drei-Wege-Ventil 41 und/oder die Stromversorgung 46 des Heizkörpers 42 manuell ein- bzw. auszuschalten. All dies hängt ab von den Bedürfnissen und Anwendungen der Anlage im Kraftfahrzeug.
In Fig. 2 ist eine im Vergleich mit Fig. 1 alternative Schaltung schematisch dargestellt, wo zur Bezeichnung der entsprechenden Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden sind. Es genügt,die Unterschiede zu beschreiben, weil in übriger Hinsicht die bisherige Beschreibung der Schaltung von Fig. 1 auch für die Fig. 2 gilt.
Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß der Bypass 40 aus einer einfachen Leitung ohne Einschaltung der Zusatzbauteile besteht, diese vielmehr in Reihe zum Wärmetauscher 26 in der Nebenzweig-Leitung 21 angeordnet sind,nämlich außer dem Drei-Wege-Ventil 41 die Umwälzpumpe 43 und der elektrische Heizkörper 42, der auch hier zweckmäßigerweise aus einem Silicium-Durchlauferhitzer besteht, der über die elektrischen Leitungen 46 in der bereits beschriebenen Weise mit einem vom Motor 11 angetriebenen Zusatzgenerator 47 mit elektrischer Energie versorgt wird. Diese Bauteile sind zweckmäßigerweise zu einer durch den strichpunktierten Rahmen in Fig. 2 angedeuteten Baueinheit 49' zusammengefaßt, die in Fig. 3 näher beschrieben werden wird. Hierzu gehört auch der Temperaturfühler 44,der in der geschilderten Weise bei der Steuerung der Energieversorgung und des Drei-Wege-Ventils 41 für die beiden alternativen Strömungen 32 bzw. 34 zuständig ist. Insoweit wird auf die vorausgehende Beschreibung verwiesen.
Aus Sicherheitsgründen empfiehlt es sich, wie in Fig. 1 und in Fig. 2 angedeutet ist, im Bereich des Heizkörpers 42 auch noch einen Maximaltemperatur-Wächter 35 vorzusehen, der bei einer unzulässig hohen Erwärmung die Stromversorgung des Silicium-Durchlauferhitzers unterbricht, um ihn vor Beschädigung oder Zerstörung zu schützen. Natürlich wäre es auch möglich, anstelle des Drei-Wege-Ventils 41 zwei Ventile vorzusehen, die, allerdings in Abstimmung zueinander, einerseits den Durchgang zwischen der Verbindungsleitung 21' und Nebenzweig-Leitung 21 kontrollieren und andererseits das Öffnen bzw. Schließen des Bypass 40 bewirken. Dies könnte auch dadurch geschehen, daß einsolchegodez zusätzliches Ventil im Bereich des erwähnten anderen Kreuzungspunkts 33 zwischen dem Heizkreislauf 45 und der zum Kühlkreis lo führenden Verbindungsleitung 23' angeordnet ist.
Schließlich wäre es auch möglich, anstelle von manuell oder automatisch umsteuerbaren Ventilen 41 Rückschlagventile zu verwenden, die aufgrund ihrer Rückschlagwirkung normalerweise offen sind, wenn die geschilderte, von der Kühlmittelpumpe 16 ausgelöste Nebenströmung 32 allein wirksam ist, um die Motorwärme zum Wärmetauscher 26 zu überführen. Diese Rückschlagventile schließen aber, wenn die Umwälzpumpe 43 wirksam ist, die dabei gegenüber dem im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 bisher beschriebenen Heizströmung 34 entgegeng(?richtet verläuft und die durch den gestrichelten Strömungspfeil 34' in Fig. 2 angedeutete Gegenströmung verursacht. Bei dieser Gegenströmung 34' schließt das eine Rückschlagventil aus dem Ventilkomplex 41 die Verbindungsleitung 21' ab und unterbindet somit die konventionelle Nebenströmung 32, doch ein anderes Rückschlagventil öffnet den Bypass 40 und ermöglicht daher eine im umgekehrten Sinne zum Heizkreislauf 45 zirkulierende Heizströmung durch den Wärmetauscher. Zu diesem Zwecke empfiehlt es sich, die Umwälzpumpe 43 der erfindungsgemäßen Baueinheit 49 bzw. 49' mit einem höheren Pumpendruck zu betreiben, als die Kühlmittelpumpe 16 im Kühlkreis lo. Über die Art der Anwendung der verschiedenen Ventile und ihrer Anordnung entscheidet der Aufbau und die Bedürfnisse der jeweiligen Anlage im Kraftfahrzeug. Diese Maßnahmen sind in das Belieben des Fachmanns gelegt.
Fig. 3 zeigt eine kompakte Baueinheit mit den maßgeblichen Bauteilen der Erfindung, wie sie bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben worden sind, weshalb insoweit die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Die Baueinheit 49' wird dabei gemäß Fig. 5 in den Kreislauf der Anlage geschaltet, woraus folgendes entnehmbar ist: Der Wärmetauscher 26 umfaßt eine Schar von parallelen Rohren 36, durch welche die Heizströmung 45 zwischen die Rohre verbindenden Endstücken37geleitet wird. Des besseren Wärmeübergangs wegen sind die Rohre 26 mit einer Schar von Lamellen 38 ausgerüstet. Die Endstücke 37 sind in sich, was nicht näher gezeigt ist, in Kammern geteilt, die einen bestimmten Durchlauf der Heizströmung durch die Rohre 36 bestimmen, weshalb aus Gründen eines einfachen Anschlusses die beiden Teile der Leitung 22, in welche der Wärmetauscher 26 geschaltet ist, vom gleichen Endstück 37 ausgehen und mit einem Anschlußflansch 39 enden. Der Anschlußflansch 39 dient für die Verbindung der Baueinheit 49', die ihrerseits einen Gegenflansch 50 trägt, um über Bolzen od. dgl.
befestigt zu werden.
Die Baueinheit 49' umfaßt einen Block 51, worin die Nebenzweig-Leitung 23 einerseits und 21 andererseits als parallele Bohrungen ausgebildet sind, die den Block 51 von einem Ende 52 aus bis zum Gegenflansch 50 durchziehen. Am einen Blockende 52 sitzen Rohrstutzen 53 od. dgl., die zum Anschluß der beiden hier als Schläuche ausgebildeten Verbindungsleitungen 21', 23' dienen, welche zu den Knotenstellen 24, 25 des Kühlkreises lo führen. Der Bypass 40 ist als eine Querbohrung zwischen den beiden Längsbohrungen 23, 21 ausgebildet und an seiner Mündungsstelle in die Bohrung 21 sitzt ein als Drei-Wege-Ventil 41 dienender Ventilkörper 54, der aus der ausgezogen gezeichneten Ventilstellung in die strichpunktiert angedeutete andere Ventilstellung 54' überführbar ist. In der erstgenannten Ventilstellung ist die Verbindung 21' zum Kühlkreis lo gesperrt, weshalb, wie bereits beschrieben wurde, die Nebenströmung 32 aus dem Kühlkreis lo nicht in dem Block 51 wirksam werden kann. Die innerhalb des Blockes 51 befindliche Flüssigkeit wird vielmehr wegen der geschilderten Einschaltstellung der Umwälzpumpe 43 zu der aus Fig. 3 ersichtlichen Heizströmung 34 veranlaßt. Die Umwälzpumpe 43 kann, wie angedeutet, aus einem im Rotationssinne 56 angetriebenen Flügelrad 57 bestehen, das in einer Aufnahme 55 des Blockes gelagert ist und dessen Energieversorgung in Fig. 3 durch Anschlußleitungen 58 am zugehörigen Antriebsmotor 59 verdeutlicht ist. Die Heizströmung durchfließt dann einen Silicium-Durchlauferhitzer 42, der in einer entsprechenden Aufnahme 60 des Blockes 51 gehaltert ist und aus einer Schar von Silicium-Platten 18 besteht, die in einer aus Fig. 4 ersichtlichen Anordnung zueinander liegen bezüglich mehrfacher Durchlaßöffnungen 62 an beiden Enden.
Die Silicium-Leiter 61 schließen Teilkanäle miteinander ein, die den Heizstrom 34 aufteilen und für eine große Oberfläche zwecks eines guten Wärmeübergangs sorgen. Die Heizleiter 61 sind nämlich an ihren beiden Enden mit Kupferplatten 71 gemeinsam kontaktiert, an welche, wie angedeutet, die erwähnten elektrischen Leitungen 46 angeschlossen sind und aufgrund des Stromdurchflusses zu einer Erwärmung des Siliciums sorgen. Oberflächlich sind die Silicium-Leiter mit einer elektrisch isolierenden Mikroschicht belegt, die im einfachsten Fall aus Siliciumdioxyd besteht, einen einwandfreien Wärmeübergang bewirkt und doch eine galvanische Trennung erzeugt. Alternativ könnte diese isolierende Schicht aus einer keramischen oder glasartigen Oxydschicht bestehen, wie auch thermisch stabile Kunststoffschichten aus Fluor-Kohlenstoff-Verbindungen, Silikonen, Polyamiden, Epoxydharzen od. dgl. aufgebracht sein könnten. Durch Dotieren mit Fremdatomen eines drei-oder fünfwertigen Elements kann der Silicium-Leiter 61 auf den erforderlichen Widerstand eingestellt werden. Die Anschlußenden besitzen eine Metallisierung.
Die Heizströmung 34 gelangt am Silicium-Durchlauferhitzer 42 zunächst in eine Kammer 64, wo sich die Flüssigkeit auf die verschiedenen Durchlaßöffnungen 62 verteilen kann.
Durch das große Flüssigkeitsvolumen innerhalb des Heizkörpers 42 erfolgt die Strömung im Durchlauferhitzer 42 deutlich langsamer, als in der vorausgehenden Leitung 21, was für eine höhere Erwärmung der Flüssigkeit sehr vorteilhaft ist. In den erwähnten Teilkanälen 63 sind alle Wandflächen durch Silicium-Leiter 61 gebildet. Diese Bauteile werden von einer Feder 65 in Position gehalten. Der Aufbau im einzelnen und seine Wirkungsweise sind Gegenstand der Patentanmeldung P 34 32 o29.6, deren Zeichnungen und Texte zum Inhalt der vorliegenden Anmeldung gemacht werden.
Die im Silicium-Durchlauferhitzer 42 erwärmte Flüssigkeit verläßt durch die Austrittsöffnungen 62 die Teilkanäle 63, findet sich in einer Sammelkammer 66 wieder zusammen, bevor sie durch die weitergeführte Bohrung 21 aus dem Block 51 im Bereich des Gegenflansches 50 austritt.
Das Ventil 41 ist durch einen Stelltrieb 67 umsteuerbar, der über elektrische Steuerleitungen 68 jeweils wirksam gesetzt wird. So kann zwecks Umschaltung der Ventilkörper in die bereits erwähnte zweite Ventilstellung 54' übergeführt werden, womit die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 erläuterte andere Betriebsstellung der Anlage sich ergibt, wo der Bypass 40 gesperrt, aber die Verbindungsleitung 21' zum Kühlkreis lo geöffnet ist. Jetzt kommt die bereits mehrfach erwähnte Nebenströmung 32 aus dem Kühlkreis lo zur Wirkung, die in Fig. 3 durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet ist. In diesem Fall ist aber die Energieversorgung des Silicium-Durchlauferhitzers 42 durch seine elektrischen Leitungen 46 unterbrochen, was, in der bereits mehrfach beschriebenen Weise durch einen Thermofühler 44 bewirkt wird, der auch in den Leitungen des Blocks 51 integriert ist, nämlich im dargestellten Ausführungsbeispiel im Bereich der Eingangskammer 64 angeordnet ist. Seine Meßsignale gibt er über die angedeuteten Meßleitungen 69 an die bereits mehrfach erwähnte Steuerung weiter. Die Wirkungsweise vollzieht sich jedenfalls in der im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Weise.
Für den dichtenden Übergang zwischen den Leitungen 22 einerseits und den Bohrungen 23, 21 andererseits, können im Bereich des Gegenflansches 50 Ringdichtungen 70 die Bohrungsmündungen umgeben. Die Steuerung der Stromversorgung 46, 47, 48 einerseits und des Ventils 41 bzw.
mehrerer Teilventile andererseits kann auch von einem Thermostaten im Fahrgastraum ausgehen. Ferner könnte die Auslösung dieser Steuerung durch einen Thermofühler im Kühlkreis lo der Anlage erfolgen. Schließlich könnten zur Umsteuerung dieser Bauteile gleichzeitig mehrere Fühlglieder kombiniert werden, die einerseits die Temperaturverhältnisse im Fahrgastraum bzw. Heizkreis 45 kontrollieren und andererseits die Temperatur des Kühlmittels im Kühlkreis lo überwachen.
Kennwort: "KFZ-Zusatzheizung" Bezugszeichenliste: lo Kühlkreis 11 Verbrennungsmotor 12 Leitung von lo 13 Leitung von lo 14 Leitung von lo 15 Leitung von lo 16 Kühlmittelpumpe 17 Motorkühler 18 Umgehungsleitung 19 Thermostatventil 20 Nebenzweig 21 Leitung von 20 21'Verbindungsleitung zwischen 20, lo 22 Leitung von 20 23 Leitung von 20 23'Verbindungsleitung zwischen 20, lo 24 Knotenpunkt 25 Stellventil 26 Wärmetauscher 27 Gebläse 28 Steuerleitung 29 Temperaturfühler 30 Strömungspfeil in lo, Hauptströmung 31 Strömungspfeil in 18 32 Strömungspfeil in 20, Nebenströmung 33 Knotenpunkt 34 Strömungspfeil in 45, Heizströmung 34'Gegenströmung in 45 35 Maximaltemperatur-Wächter 36 Rohre von 26 (Fig. 5) 37 Endstücke von 26 38 Lamellen von 26 39 Anschlußflansch 40 Bypass 41 Drei-Wege-Ventil 42 elektrischer Heizkörper, Silicium-Durchlauferhitzer 43 Umwälzpumpe 44 Temperaturfühler 45 Heizkreislauf 46 elektrische Leitung 47 Zusatzgenerator 48 Kupplung 49 Baueinheit von Fig. 1 49'Baueinheit von Fig. 2, 3 50 Gegenflansch von 49' 51 Block von 49' 52 Blockende 53 Rohrstutzen 54 Ventilkörper, erste Ventilstellung 54'zweite Ventilstellung von 54 55 Aufnahme 56 Rotationspfeil von 57 57 Flügelrad 58 Anschlußleitung 59 Antriebsmotor für 57 60 Aufnahme für 61 61 Silicium-Leiter 62 Durchlaßöffnung 63 Teilungskanal 64 Kammer 65 Feder 66 Sammelkammer 67 Stelltrieb 68 Steuerleitung 69 Meßleitung 70 Ringdichtung 71 Kupferplatte - Leerseite -

Claims

Kennwort: KFZ-Zusatzheizung" A n 5 p r ü c h e: 1.) Heizung für den Fahrgastraum in Kraftfahrzeugen mit einem Kühlkreislauf (lo), wie eine Wasserkühlung, aufweisenden Motoren und mit einem über ein Stellventil (25) steuerbaren Nebenzweig (20), der einen im Fahrgastraum wirksamen Wärmetauscher (26) aufweist, d a d u r c h gek e n n z e ich ne t, daß parallel zum Wärmetauscher (26) im Nebenzweig (20) ein Bypass (40) geschaltet ist und der Bypass (40) zusammen mit dem Nebenzweig (20) einen eigenständigen, in sich geschlossenen Heizkreislauf (45) bildet, in welchem (45) ein elektrischer Heizkörper (42) sowie eine Umwälzpumpe (43) angeordnet sind, und der Heizkreislauf (45) über ein Drei-Wege-Ventil (41) an den Motor-Kühlkreis (lo) angeschlossen ist, wo in der einen Ventilstellung (54') der Bypass (40) und in der anderen Ventilstellung (54) die Verbindung (21') zum Motor-Kühlkreis (lo) gesperrt sind.
2.) Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizkörper (42) und/oder die zum Heizkreislauf (45) gehörende Umwälzpumpe (43) im Bypass (40) angeordnet sind.
3.) Heizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizkörper (42) und/oder die zum Heizkreislauf (45) gehörende Umwälzpumpe (43) in dem Nebenzweig (20), außerhalb des Bypass (20), angeordnet sind.
4.) Heizung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizkreislauf (45) ein Thermofühler (44) mit einer Zwei-Punkt-Steuerung für den elektrischen Heizkörper (42) angeordnet ist.

welcher (44) die Stromversorgung (46,47,48) des Heizkörpers (42) bei einer definierten Endtemperatur ausschaltet und bei einer bestimmten, die Betriebstemperatur unterschreitenden Grenztemperatur einschaltet.
5.) Heizung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Heizkörper als Durchlauferhitzer (42) mit Leitern (61) aus elementarem, hochreinem, dotiertem Silicium ausgebildet ist.
6.) Heizung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Silicium-Leiter (61) eine elektrisch isolierte Oberflächenschicht, wie Silicium-Oxyd, aufweisen und von der Flüssigkeit des Heizkreislaufs (45) unmittelbar umströmt sind.
7.) Heizung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Silicium-Leiter (61) Plattenform aufweisen, an ihren beiden Plattenenden die Stromversorgung (46) des elektrischen Heizkörpers (42) angeschlossen ist und die Silicium-Leiter (61) zwischen sich Strömungskanäle (63) für die Flüssigkeit des Heizkreislaufs (45) erzeugen.
8.) Heizung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung (46) des Heizkörpers über einen eigenen, vom Motor (11) des Kraftfahrzeugs angetriebenen, elektrischen Zusatzgenerator (47) erfolgt.
9.) Heizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung (46) des elektrischen Heizkörpers (42) durch eine mechanische Kupplung (48) zwischen dem Motor (11) und dem Zusatzgenerator (47) erfolgt.
lo.) Heizung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausschaltung der Stromversorgung des elektrischen Heizkörpers (42) durch eine Unterbrechung der Felderregung im Zusatzgenerator (47) steuerbar ist.
11.) Heizung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß die im Heizkreislauf befindliche Umwälzpumpe (43) im Gegenstrom zur vom Kühlkreislauf (lo) im Nebenzweig (20) bestimmten Nebenströmung (32) erfolgt und das Drei-Wege-Ventil (41) aus selbsttätig wirksamen Rückschlagventilen gebildet ist.
12.) Heizung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine zwischen dem im Fahrgastraum wirksamen Wärmetauscher (26) einerseits und den Verbindungsleitungen (21',23') zum Kühlkreislauf (lo) des Motors (11) andererseits geschaltete Baueinheit (49,49'), welche den elektrischen Heizkörper (42), die zugehörige Umwälzpumpe (43) und die Thermofühler (44,35) mit der Zwei-Punkt-Steuerung umfaßt.
13.) Heizung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizkreislauf (45) angeordnete Thermofühler (44) mit einer Zwei-Punkt-Steuerung ausgerüstet sind, die das Drei-Wege-Ventil (41) zwischen seinen beiden Ventilstellungen (54,54') umsteuert.
14.) Heizung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Heizkörpers (42) ein Maximal-Temperaturwächter (35) angeordnet ist, der die Stromversorgung (46) bei Überschreiten der Maximaltemperatur unterbricht.