EP1509730A1

EP1509730A1 - Waermetauscher, insbesondere fuer eine heizungs- oder klimaanlage eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: EP1509730A1
Application number: EP03752744A
Authority: EP
Inventors: Hans-H. Angermann; Roland Burk; Herbert Damsohn; Herbert Watzlawski
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2005-03-02
Also published as: WO2003098124A1; DE10221967A1; US7098429B2; JP2005526223A; US20050150885A1; AU2003250817A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren, wobei zumindest einem Teil der Flachrohre ein nach dem Verlöten des Wärmetauschers angebrachtes, elektrisch betriebenes Heizelement (114) als Zusatzheizung zugeordnet ist, das mittels eines Halteelements (115) am Wärmetauscher fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Heizelement (114) stirnseitig bezüglich des entsprechenden Flach rohrs und parallel hierzu verlaufend mittels des ebenfalls parallel zum Flachrohr verlaufenden Halteelements (125) angebracht ist.

Description

BEHR GmbH & Co. Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart

Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Niederverbrauchsfahrzeugen ist auf Grund des geringen Abwärmeangebots eine zusätzliche Heizleistung zur Erwärmung des Fahrgastraums sowie zur schnellen Beseitigung eines Beschlags (Eis oder Wasser) insbesondere an der Windschutzscheibe erforderlich. Hierfür ist bekannt; bei Wärmetauschern, die aus Flachrohren aufgebaut sind, durch welche ein Wärmeüber- tragungsmedium strömt, welches im Heizungsfall Wärme abgibt, zumindest an den äußeren Rohren eine Zusatzbeheizung in Form von PTC- . Heizelementen vorzusehen. Die Anbringung derartiger PTC-Heizelemente ist jedoch recht aufwendig.

Die US 6,124,570 schlägt vor, einzelne Rohre des Wärmetauschers durch

PTC-Heizelemente zu ersetzen, welche zwischen Kontaktplatten gehalten werden, die gleichzeitig eine wärmeleitende Verbindung zu den angrenzenden Rippen herstellen. Nachteilig hieran ist, dass die konstruktive Anpassung des Wärmetauschers zur Aufnahme von PTC-Heizelementen sowie die PTC-Heizelemente selbst sehr teuer sind. Aus diesem Grund kann es sein, dass ein derartiger Kombi-Wärmetauscher teurer ist, als eine Kombination eines herkömmlichen Wärmetauschers mit einem separaten PTC-Heizer. Auch wird durch den Bauraumbedarf für die PTC-Heizelemente und deren Kontaktierung die Leistungsdichte des Wärmetauschers deutlich ver- schlechtert. Das Ersetzen einzelner Rohre des Wärmetauschers ist auch in der DE 44 36 791 A1 sowie der DE 100 12 320 A1 zu entnehmen.

Ferner wird in der DE 198 58 499 A1 vorgeschlagen, die Flachrohre als Mehrkammerprofile auszubilden und mindestens eine der äußeren Kammern in der Form einer Einlegenut für einen isolierten Heizdraht auszubilden, deren Wände dann zur Befestigung des Heizdrahtes zusammengebogen werden. Der Heizdraht wird nach dem Löten des Wärmetauschers eingelegt. Nachteilig hieran ist, dass ein derartiger Wärmetauscher spezielle Flachrohre erfordert und ein Großteil der elektrisch eingebrachten Heizleistung ins Kühlmittel geht.

Die US 6,178,292 B1 offenbart einen Wärmetauscher mit einem innerhalb eines Trägerelements angeordneten elektrischen Heizer, welcher zwischen zwei benachbarte Rippenpakete geschoben ist. Hierbei schließt das Träger- element ein Paar paralleler Platten ein, zwischen denen ein elektrisches Heizelement gehalten und elektrisch kontaktiert wird. Der elektrische Heizer besteht aus einem Heizelement und einem Isolationselement und hat einen mehrschichtigen Aufbau, der im Wesentlichen von einem Heizstrom senkrecht zu den einzelnen Schichten durchsetzt wird. Zur Befestigung sind senkrecht zum Trägerelement und Heizer verlaufende Befestigungselemente vorgesehen. Auch ein derartiger Wärmetauscher lässt noch Wünsche offen, insbesondere was die Teilevielfalt und -zahl, und damit die Herstellkosten des gesamten Heizkörpers betrifft.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten und kostengünstigeren

Wärmetauscher zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist ein Wärmetauscher, insbesondere für eine Heizungsoder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren vorgesehen, der außerhalb und vorzugsweise luftabströmseitig der Flachrohre ein Heizelement aufweist, das parallel zu den Flachrohren verläuft. Hierbei ist ein Halteelement für das Heizelement vorgesehen, das ebenfalls parallel zu den Flachrohren verläuft. Das Heizelement ist außerhalb der Flachrohre angeordnet. Insbesondere wird durch die Wahl der wärmeleitenden Querschnitte vom Heizelement zu den vom Wärmeübertra- gungsmedium durchströmten Flachrohren der Wärmestrom minimiert und der an die Luft über Rippenflächen abgegebene Wärmestrom maximiert. Vorzugsweise handelt es sich beim Halteelement um ein Haltegitter, wobei das Halteelement auch direkt durch den Wärmetauscher, insbesondere dessen Rippenpakete, vorzugsweise wenn diese überstehen, gebildet sein kann. Es können auch mehrere Heizelemente und/oder Halteelemente vorgesehen sein. Beim Heizelement handelt es sich bevorzugt um ein gitterartig ausgebildetes Bauteil, vorzugsweise aus Edelstahl. Zur optimalen Wärmeübertragung ist das Heizelement thermisch leitend mit dem Halteelement verbunden und/oder am Wärmetauscher angebracht.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Halteelement an einem Flachrohr angebracht. Hierbei kann ein herkömmliches Flachrohr verwendet werden, an dem das Halteelement bspw. mittels Löten fixiert und das Heizelement anschließend eingebracht wird. Vorzugsweise erfolgt die Anbringung an einer schmalen, nach außen, d.h. vom Wärmetauscher weg, zeigenden Seitenfläche des Flachrohres.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Halteelement an einer oder mehreren Rippen angebracht. Hierbei sind die Rippen über die Flach- röhre hinaus geführt, so dass das Halteelement zwischen den Rippen fixiert werden kann.

Gemäß einer weiteren, alternativen Ausführungsform wird das Halteelement direkt durch Rippen gebildet. Hierbei sind die Rippen über die Flachrohre hinaus geführt, so dass das Heizelement zwischen den Rippen direkt oder aber auch indirekt fixiert werden kann.

Um Beschädigungen des Heizelements zu vermeiden, können die Rippen auf einer, bevorzugt aber auf beiden Seiten, abgerundet oder mit einer Fase versehen sein, wodurch das Einführen des Halte- und/oder Heizelements erleichtert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Heizelement als Heiz- gitter ausgebildet. In diesem Fall wird das Halteelement vorzugsweise durch ein Haltegitter gebildet, wobei das Heizgitter auch direkt von den als Halteelement dienenden Rippen gehalten werden kann.

Zur Vermeidung eines Kurzschlusses weisen das oder die Heizelemente und/oder das oder die Halteelemente eine isolierende Beschichtung auf oder sind mit einer derartigen Beschichtung versehen, bspw. mit Teflon oder einem Isolierlack. Bevorzugt wird dabei ein Aluminium-Haltegitter vorgesehen, das mittels Eloxieren elektrisch isoliert ist. Es sind aber auch andere elektrisch nicht oder schlecht leitende Beschichtungen oder Oberflächenflächen- behandlungen möglich.

Durch die Erhöhung des Widerstandes mittels Mäanderstrukturierung des Heizgitters kann der Stromfluss durch einen Strang deutlich reduziert werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit des Einsatzes preiswerter Polymer- PTC-Elemente geringer Stromtragfähigkeit für den Temperaturschutz.

Bevorzugt sind eine oder mehrere Übertemperatur-Sicherungen vorgesehen, die insbesondere direkt im Heizstrang zwischengeschaltet sind. Dies können zum Beispiel seriell geschaltete thermische Schalter sein. Im Wesentlichen kommen Bimetall-Schalter, Polymer-PTC, Keramik-PTC oder Schmelzsicherungen hierfür in Frage. Vorzugsweise werden hierbei sogenannte Po- lyswitch- oder Polyfuse-Elemente eingesetzt, die entweder in thermischem Kontakt mit dem Heizkörper selbst stehen oder mit der diesen durchströmenden Luft. Aufgrund ihrer Eigenerwärmung bei zu geringer Wärmeabfuhr können diese den jeweiligen Heizkreis praktisch unterbrechen. Diese be- kannten Schutzelemente basieren auf leitfähigen Polymeren, die einen ausgeprägten PTC-Effekt aufweisen. Das heißt, ihr elektrischer Widerstand erhöht sich bei Überschreiten einer gewissen Temperatur (Bezugstemperatur) um mehrere Größenordnungen und die Stromstärke verringert sich entspre- chend, wodurch die elektrische Leistung auf Werte nahe Null reduziert wird. Alternativ zu diesen Polymer-PTC-Elementen können jedoch auch Bimetall- Schalter eingesetzt sein, die entweder in thermischem Kontakt mit dem Heizkörper selbst stehen oder im Luftstrom angeordnet sind, der auch den Heizkörper durchströmt. In letzterem Fall sind die Bimetall-Schalter bezüglich ihres elektrischen Widerstandes so ausgebildet, dass sie aufgrund des Stromflusses eine geringe Eigenerwärmung aufweisen, die jedoch so gering ist, dass bei einer luftseitigen Umströmung die Abschalttemperatur nicht erreicht wird. Erst wenn aufgrund eines Systemfehlers der Luftstrom unter einen kritischen Wert fällt, führt die Eigenerwärmung des Bimetall-Schalters zum Erreichen der Abschalttemperatur.

In einer bevorzugten Ausführungsform stehen diese Übertemperatur- Sicherungen in direktem wärmeleitenden Kontakt mit dem Heizkörper und sind Teil des Heizgitters, das sich in einem Haltegitter befindet.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 drei Schritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen

Wärmetauschers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel; Fig. 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel;

Fig. 8 ein achtes Ausführungsbeispiel;

Fig. 9 ein neuntes Ausführungsbeispiel;

Fig. 10 ein Heizgitter gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel in gestreckter Darstellung;

Fig. 11 eine Variante des neunten Ausführungsbeispiels;

Fig. 12a, 12b ein zehntes Ausführungsbeispiel, wobei Fig. 12a die Vor- bereitung der als Halteelement dienenden Rippenpakete und Fig. 12b den Zusammenbau mit einem Heizgitter zeigt;

Fig. 13 eine Draufsicht auf das gebogene Heizgitter von Fig. 12b;

Fig. 14 eine Variante eines Heizgitters in gestreckter Darstellung,

Fig. 15 ein elftes Ausführungsbeispiel mit einer Übertemperatur-

Sicherung,

Fig. 16a-c verschiedene Schaltungen von Heizgittern mit Übertemperatur-Sicherungen,

Fig. 17 eine vereinfachte Gesamtdarstellung des elften Ausfüh- rungsbeispiels mit einer Zwischenkühlung,

Fig. 18 eine schematische perspektivische Ansicht eines zwölften

Ausführungsbeispiels zur Darstellung der Verschaltung, Fig. 19 eine schematische perspektivische Ansicht eines dreizehnten Ausführungsbeispiels zur Darstellung einer anderen Verschaltung,

Fig. 20 das Heizgitter von Fig. 19 in gestreckter Darstellung, und

Fig. 21a-21f verschiedene Heizgitter-Querschnitte.

Ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher 1 für eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Niederverbrauchsfahrzeug, mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren 2 und zwischen den Flachrohren 2 angeordneten Rippenpaketen 3 weist elektrisch betriebene Heizelemente 4 als eine Zusatzheizung auf, die bei Bedarf zugeschaltet werden kann. Die Heizele- mente 4, bestehend aus einem Heizdraht 4' und einer Isolationsschicht 4", werden mittels Halteelementen 5, im ersten Ausführungsbeispiel mittels eines Haltegitters 6, welches an einer Schmalseite jedes Flachrohres 2 aufgelötet ist, gehalten.

Das Haltegitter 6 ist aus einem Blech hergestellt, das durch einen Umformvorgang mit Sicken 7 versehen ist, die zur späteren Verlötung dienen, wobei das Verlöten gleichzeitig mit dem Verlöten des restlichen Wärmetauschers erfolgen kann, da die Heizelemente 4 in aller Regel nicht dem Lötvorgang ausgesetzt werde können.

Die Anbringung der Heizelemente 4 ist in Fig. 1 im Einzelnen dargestellt. Der linke Teil von Fig. 1 zeigt die Positionierung des Heizelements 4 an dem am Flachrohr 2 aufgelöteten Halteelement 5, in der Mitte ist die Umformung des Halteelements 5 und rechts das mit Hilfe des Halteelementes 5 fertig fixierte Heizelement 4 dargestellt. Dabei werden die Enden 8 des Haltegitters 6 zugekrimpt.

Die Sicken 7 dienen zum einen der Positionierung des Haltegitters 6 sowie der Heizelemente 4 und zum anderen bilden sie eine wärmeleitende Verbin- dung zum Wärmetauscher 1 , um einen Teil von dessen Rippenfläche zur Wärmeübertragung an die durchströmende Luft zu nutzen.

Je nach elektrischem Widerstand, Bordnetzspannung und gewünschter elektrischer Heizleistung können die einzelnen Heizelemente 4 in nicht näher dargestellter Weise durch Parallel- und/oder Serienschaltung verbunden werden. Zur Leistungsregelung wird ein Pulsweiten-Modulationsverfahren verwendet, jedoch sind auch andere Verfahren zur Leistungsregelung möglich.

Im Folgenden werden drei sehr ähnliche Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 beschrieben. Bei diesen und allen folgenden Ausführungsbeispielen stimmen nicht näher beschriebene Elemente mit denen des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels überein. Gemäß dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden Heizelemente 14, bestehend aus einem Heizdraht 14' und einer Isolationsschicht 14", direkt in überstehende Rippenpakete 13 eingepresst, welche derart ausgestaltet sind, dass sie über die Flachrohre 12, im vorliegenden Fall herkömmliche Sickenrohre, ausreichend weit überstehen, so dass sie selbst die Halteelemente 15 bilden. Bei Bedarf können die Heizelemente 14 zusätzlich mit einem metallischen Mantel umgeben sein und zwischen den Rippen gesichert werden, bspw. mittels Kleben. Hierbei sind die Heizelemente 14 derart flächig ausgestaltet, dass sie in ihrer Dicke etwa der Dicke der Flachrohre 12 entsprechen. Hierbei bestehen die Heizelemente 14 im vorliegenden Fall aus zwei einzelnen Heizleitern, so dass innerhalb eines Heizelementes 14 eine Stromhin- und Stromrückführung vorgesehen ist.

Bei den beiden anderen in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen sind für die Heizelemente 24 bzw. 34 spezielle Halteelemente 25 bzw. 35 vorgesehen, welche ihrerseits in überstehende Rippenpakete 23 bzw. 33 eingepresst und ggf. zusätzlich gesichert werden. Auch in diesen Fällen handelt es sich bei den Flachrohren 22 bzw. 32 um herkömmliche Sickenrohre. Altemativ können die Halteelemente 25 bzw. 35 in Analogie zum ersten Ausführungsbeispiel ohne Heizelemente 24 bzw. 34 bei der Fertigung des Wärmetauschers gleich mit eingelötet und danach mit den Heizelementen 24 bzw. 34 versehen werden.

Gemäß dem in Fig. 5 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel wird zur besseren thermischen Ankopplung von Rippenflächen an die Heizelemente 44 ein Falzstreifen 45' aus einem lotplattierten Aluminiumstreifen vorgesehen, der vor oder nach dem Kassettieren und vor dem Löten in die Flachroh- re 42, bei denen es sich wiederum um Sickenrohre handelt, eingeschoben, fixiert und mit verlötet. Ferner wird das Halteelement 45 in Form eines Haltegitters 46 analog zu Fig. 1 ohne Heizelement 44 und Isolierung auf den kas- settierten Wärmetauscher 41 geheftet, mittels Drahtverbindung oder Schweißen, und mit verlötet.

Die Heizelemente 44 werden, entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, nach dem Löten eingelegt und eingekrimpt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nur jede zweite Reihe von Flachrohren 42 mit Heizelementen 44 bestückt, jedoch sind auch beliebige andere Varianten möglich.

Die Figuren 6 bis 8 zeigen Ausführungsbeispiele mit modifizierten Flachrohren 52, 62 bzw. 72, an denen mittels eines Halteelements 55, 65 bzw. 75 ein Heizelement 54, 64 bzw. 74 befestigt ist. Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 6) umfasst das Halteelement 55 ein flach ausgebil- detes Ende des Flachrohres 52, während gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel (vgl. Fig. 7) das Ende des Flachrohres 62 offen ausgebildet ist und das Halteelement 65 aufnimmt. Gemäß dem achten Ausführungsbeispiel (Fig. 8) ist das Halteelement 75 seitlich am abgeflachten Flachrohr 72 angebracht, wobei die der gemeinsamen Seite gegenüberliegende Seite des Halteelements 75 mit der entsprechenden Seite des Flachrohres 72 fluchtet.

Gemäß dem in Fig. 9 dargestellten neunten Ausführungsbeispiel ist als Halteelement 85 ein Haltegitter 86 sowie ein Heizgitter 84' als Heizelement 84 vorgesehen, welches in Fig. 10 gestreckt dargestellt ist, wobei in Fig. 10 nach oben die Länge dargestellt ist, welche im Wesentlichen der Länge des Wärmetauschers 81 , also der Rohrlänge, entspricht. Das Haltegitter 86 wird für den Zusammenbau derart gebogen, dass es das entsprechend gefaltete Heizelement 84 aufnehmen kann. Hierfür wird es zwischen zwei Rippenpakete 83 geschoben, auf bekannte Weise fixiert, also bspw. vor dem Lötpro- zess eingebracht und mitgelötet, und anschließend das Heizelement 84 in die offenen Nuten eingeschoben bzw. eingepresst.

Hierbei handelt es sich im Wesentlichen um einen Wärmetauscher von konventionellem Bautyp, bei dem die Kiemenwellenrippe durch eine tiefere Rip- pe ersetzt ist, wodurch die Rippe über das Flachrohr 82 zur Aufnahme des

Haltegitters 86 und des darin eingebetteten Heizgitters 84' übersteht. Das Haltegitter kann auch durch einzelne, nicht zusammenhängende U-Profile oder entsprechend vorgebogene Blechstreifen gebildet werden.

Das Heizgitter wird bspw. durch Stanzen und anschließendes Umformen aus einem Stück hergestellt, wobei im vorliegenden Fall eine Kombination von parallel und in Reihe geschalteten Bereichen (vgl. Fig. 10, im vorliegenden Fall sind jeweils drei parallelgeschaltete Bereiche in Reihe geschaltet) möglich ist, jedoch ist auch eine reine Parallelschaltung oder eine reine Reihen- Schaltung möglich.

Zur Vermeidung von Kurzschlüssen zwischen dem Heizgitter 84' und dem Haltegitter 86 ist das Heizgitter 84' mit einer Isolationsschicht 84" versehen. Diese Isolationsschicht 84" wird durch einen Isolierlack gebildet. Um die Breite B der Stromzufuhr und Stromverteilerstreifen des Heizgitters von Fig.

10 schmäler gestalten zu können, ist es möglich, diese mit einer aufgebrachten, elektrisch leitenden Schiene zu verstärken. Ein Heizgitter mit Sammelschiene 99 gemäß diese Variante ist in Fig. 11 dargestellt. Dabei erhöht die Sammelschiene 99 auch die mechanische Formstabilität des Heizgitters und erleichtert das Einschieben in die U-förmigen Aufnahmen des Haltegitters.

Gemäß einem weiteren, zehnten Ausführungsbeispiel ist ein als Heizelement

104 dienendes Heizgitter 104' derart ausgebildet, dass es direkt luftabström- seitig zwischen stirnseitig über das Kühlmittel führende Flachrohre überste- hende Rippenpakete 103 eingeschoben werden kann, ohne dass das Risiko einer Verletzung der Isolationsschicht und eines hieraus möglicherweise resultierenden Kurzschlusses besteht. Gemäß dem Ausführungsbeispiel wird die Isolationsschicht durch eine Teflonisierung gebildet, sie kann aber bei- spielsweise auch durch entsprechend geeignete Lacke, insbesondere Einbrennlacke mit ausreichender Temperaturbeständigkeit, o.a. gebildet werden.

Einen zusätzlichen Schutz bietet eine leichte Umformung der überstehenden Rippen im Bereich deren Ecken, so dass sich eine Einführschräge für das Heizgitter 104' ergibt. Die Umformung kann vor dem Löten des Heizkörperblockes oder aber auch danach erfolgen, wie in Fig. 12a dargestellt. Hierbei wird ein spezielles Umformwerkzeug (in Fig. 12a oben angedeutet) in Einführrichtung des Heizgitters 104' zwischen die jeweiligen Rippenpakete 103 eingeführt, so dass die Ecken der einzelnen Rippen umgeformt und dadurch abgeschrägt werden.

Nach dem Umformvorgang wird, wie in Fig. 12b dargestellt, das entsprechend gebogene Heizgitter 104' stirnseitig bezüglich der Flachrohre zwi- sehen die überstehenden, als Halteelement 105 dienenden Rippenpakete 103 eingeführt. Vorliegend ist zwischen je zwei benachbarten Rippenpaketen ein Heizstrang des Heizgitters 104' angeordnet, jedoch sind auch andere Varianten möglich, bei denen nicht jeder Zwischenraum zwischen zwei Rippenpaketen einen Heizstrang des Heizgitters aufnimmt. Die einzelnen Heiz- stränge des Heizgitters 104' sind mittels Verbindungsstegen und Hilfs- Verbindungsstegen verbunden, wie aus Fig. 13 ersichtlich ist.

Fig. 13 zeigt das Heizgitter 104' wobei zwischen den einzelnen Heizsträngen, die im zusammengebauten Zustand parallel zu den Flachrohren ver- laufen, endseitig angeordnete Verbindungsstege und schmale Hilfs- Verbindungsstege vorgesehen sind, die im zusammengebauten Zustand über den Endseiten der Rippenpakete verlaufen. Die Anordnung der Heizstränge und Verbindungsstege ist mäanderartig, wie auch beim zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Fig. 14 zeigt eine Variante des Heizgitters von Fig. 13 jedoch in gestreckter Darstellung, wobei breitere Verbindungsstege vorgesehen sind, die zur Verdoppelung der Materialdicke umgeklappt werden, wie durch Pfeile in Fig. 14 unten angedeutet ist. Ferner ist aus Fig. 14 ersichtlich, dass in der Mitte der Heizstränge eine Sollbiegelinie mittels Perforationen vorgesehen ist, die gleichzeitig den axialen Stromfluss und damit die Wärmeentwicklung im Bereich der Kontaktstelle zu den Schmalseiten der Flachrohre unterbindet.. Die Breite des verbleibenden Materials zwischen den einzelnen Perforationen ist derart bemessen, dass eine ausreichende elastische Kraft aufgebracht wer- den kann, damit die Flanken der Heizstränge an den Rippenpaketen angedrückt werden. Alternativ können auch Schlitze vorgesehen sein, wie in Fig. 10 dargestellt. Im Falle des Vorsehens eines zusätzlichen Haltegitters erfolgt ein Andrücken an dasselbe. Das Heizgitter gemäß der Variante ist aus einem Heizleiter-Bandmaterial ausgestanzt. Durch die Materialverdoppelung, wobei auch eine Verdreifachung etc. möglich ist, kann die Stromdichte in diesem Bereich herabgesetzt werden und somit die lokale Aufheizung an den Verbindungsstegen verringert werden, ohne dass eine zusätzliche, nachträglich angebrachte Stromleitschiene erforderlich ist. Die Hilfs- Verbindungsstege zwischen den Heizsträngen dienen lediglich der verbes- seilen Handhabbarkeit bei der Montage und werden nach erfolgtem Zusammenbau durchtrennt. Im Falle eines Haltegitters ohne Stromleitfunktion kann das Durchtrennen der Hilfs-Verbindungsstege entfallen.

Durch ein Einklappen, gegebenenfalls auch mehrfaches Einklappen von Randzonen, beispielsweise auch Platinen-Randzonen, wird die Materialdicke und somit der stromleitende Querschnitt vergrößert. Entsprechendes kann natürlich auch durch einen Einsatz von sogenannten „tailored blanks" als Grundmaterial für die gestanzte Platine erreicht werden, bei denen die Randzonen dicker ausgebildet sind, die Verbindungsstegen zugeordnet sind.

In Fig. 15 ist ein elftes Ausführungsbeispiel dargestellt, gemäß dem im mäanderartig in einem Steg eines U-förmig ausgebildeten Haltegitters (Halteelement 115) verlaufenden Heizstrang (Heizelement 114, welches durch ein Heizgitter gebildet ist) ein Polymer-PTC-Kunststoff-Element, im Folgenden als Sicherung S bezeichnet, mittig zwischengeschaltet ist. Diese Sicherung S dient dem Überhitzungsschutz und stellt sicher, dass bei zu hoher Temperatur kein oder nur minimal Strom den entsprechenden Heizstrang durchströmt und dadurch eine Überhitzung verhindert. Dazu ist das Sicherungselement so ausgeführt, dass es ebenfalls flächig an den Flanken des Halte- gitters anliegt und damit seine Verlustwärme ebenfalls an dieses abgibt. Das Haltegitter und/oder das Heizgitter sind durch eine weitgehend elektrisch nicht-leitfähige Schicht zwischen denselben gegeneinander isoliert. Die Funktion des Haltegitters besteht darin, die vom Heizgitter abgegebene Wärme flächig aufzunehmen und an die daran angrenzenden Rippenblöcke (siehe Fig. 17) zu übertragen.

Hierfür wird die gesamte Struktur der Heizelemente in mehrere und damit hochohmigere parallele Heizkreise aufgeteilt, welche mit preiswerteren Überhitzungs-Sicherungen z. B. auf Basis von Polymer-PTC-EIementen ein- zeln abgesichert werden. So kann unter anderem verhindert werden, dass die elektrischen Verbindungsbrücken zwischen einzelnen Heizsträngen überhitzt werden. Verschiedene Schaltungen sind in den Figuren 16a bis 16c dargestellt. Fig. 16a zeigt eine Schaltung, bei der alle Stege des Heizgitters parallel geschaltet sind, wobei jeder Steg mit einer in Reihe geschalteten Überhitzungs-Sicherung ausgestattet ist. Hierbei müssen die einzelnen Stege entsprechend hochohmig ausgebildet sein, was vorzugsweise durch die mäanderförmige Ausbildung, wie in Fig. 15 dargestellt, erzielt wird.

Durch andere Schaltungen, wie zum Beispiel in den Figuren 16b und 16c dargestellt, kann der in den Heizsträngen fließende Strom durch Anpassung des Widerstandes an die Stromtragfähigkeit der Überhitzungs-Sicherung angepasst werden.

Eine Zwischenkühlung der Strombrücken durch Wärmekontakt mit den Rip- penpaketen kann dadurch erfolgen, dass die Strombrücken entsprechend

Fig. 17 mit einer zusätzlichen Sicke als Zwischenkühlsicke ausgeführt werden, die in die freien Zwischenräume zwischen den Rippenpaketen eingreifen. Hierbei sind Heizstränge des Heizgitters jedoch nur zwischen jedem zweiten Rippenpaket angeordnet. Es sei angemerkt, dass in Fig. 17 das Haltegitter 115 nicht perspektivisch dargestellt ist. Alternativ zur Darstellung von Fig. 17 sind beliebige andere Anordnungen möglich, zum Beispiel Heizstrang, Sicke, Sicke, Heizstrang. Durch die Erhöhung des Widerstandes mittels Mäanderstrukturierung des Heizgitters kann der Stromfluss durch einen Strang deutlich reduziert werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, die in den Strombrücken zwischen den einzelnen Heizsträngen entstehenden Verlustwärmen so klein zu halten, dass sie auch ohne direkten Kontakt zu den Rippenblöcken nicht überhitzen.

Gemäß einem in Fig. 18 dargestellten zwölften Ausführungsbeispiel liegt ein Heizgitter (Heizelement 124) als Verbund direkt in einem Haltegitter (Halteelement 125). Dies ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Einsatz einer ganz aus einem Verbund aus Kunststoff-PTC und einem elektrisch leitenden Kontaktband möglich. Hierbei wird der Stromfluss von der innen liegenden Elektrode (+ Pol) durch die Polymer-PTC-Struktur nach außen zum Haltegitter geführt, das gleichzeitig die andere Elektrode (Masse) darstellt. Der ganze Wärmetauscher liegt dabei auf einem Potential der Spannungsquelle, bevorzugt auf dem Massepotential.

Zur Abstimmung des Widerstandes auf die gewünschte Heizleistung kann der spezifische Widerstand, sowie Fläche und Dicke des eingesetzten Poly- mer-PTC-Materials verwendet und/oder es wird der Widerstand durch schaltungstechnische Maßnahmen angepasst. Dazu kann beispielsweise die Spannung an ersten Abschnitten von Mittelelektroden zugeführt werden.

Entsprechend den Figuren 19 und 20, welche ein dreizehntes Ausführungsbeispiel darstellen, wird der Strom dabei von der Mittelelektrode zum Haltegitter und von dort zurück zu einem zweiten Abschnitt der Mittelelektrode geführt. Das Haltegitter befindet sich in diesem Falle auf einem Zwischen- potential und muss vom Heizkörper elektrisch isoliert werden. Vorteilhafterweise besteht das Polymer-PTC-Matehal aus einer Folie, die U-förmig um die Mittelelektrode gelegt ist und unter leichter Pressspannung den Raum innerhalb des Haltegitters gerade ausfüllt, oder es ist als Strang pressprofil ausgebildet. Bei diesem dreizehnten Ausführungsbeispiel mit Mittelelektrode zur Kontak- tierung einer Polymer-PTC-Schicht als durchgängiges Heizelement innerhalb eines Haltegitters wird auf einen metallischen Heizleiter vollständig verzichtet. Durch die PTC-Charakteristik ist die heizende Struktur selbstsicher und benötigt keinen zusätzlichen Überhitzungsschutz.

Die Heizgitter und/oder Haltegitter können entsprechend den in den Figuren 21a bis 21f dargestellten Querschnitten gebogen sein. Das in den Figuren 21a und 21b dargestellte, relativ eckige U-Profil bietet die größte Kontaktflä- ehe und somit den besten Wärmeübergang. Das in den Figuren 21 c und 21 d dargestellte, unten V-förmig ausgebildete U-Profil bietet einen Toleranzausgleich in Folge einer federnden Anlage der Flanken. Entsprechendes gilt auch für das in den Figuren 21e und 21f dargestellte von unten eingedellte U-Profil, wobei hierbei eine längere Anlage der Flanken und damit ein besse- rer Wärmeübergang gegeben ist. Durch eine Ausgestaltung gemäß den Figuren 21a bis 21f ist eine plane Anlage der Heizgitter-Flanken an den Flanken des Haltegitters auch bei geringfügig variabler Dicke der elektrischen Isolierschicht gewährleistet.

Bezugszeichenliste

1, 41, 81 Wärmetauscher 2, 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82 Flachrohr

3, 13, 23, 33, 43, 83, 103 Rippenpaket

4, 14, 24, 34, 44, 54, 64, 74, 84, 104, 114124 Heizelement 4', 14' Heizdraht

4", 14"; 84" Isolationsschicht 5, 15, 25, 35, 45, 55, 65, 75, 85, 105, 115, 125 Halteelement 6, 46, 86 Haltegitter

7 Sicke

8 Ende

45' Falzstreifen 84', 104' Heizgitter 99 Sammelschiene

B Breite S Sicherung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Wärmetauscher, insbesondere für eine , Heizungs- oder Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit mehreren parallel zueinander angeordneten, von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmten Flachrohren (2; 12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82), wobei zumindest einem Teil der Flachrohre (2; 12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82) ein nach dem Verlöten des Wärmetauschers (1 ; 41 ; 81) angebrachtes, elektrisch betriebenes Heizelement (4; 14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84; 104; 114; 124) als Zusatzheizung zugeordnet ist, das mittels eines Halteelements (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85; 105; 115; 125) am Wärmetauscher (1 ; 41 ; 81) fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Heizelement (4; 14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84; 104; 114; 124) stirnseitig bezüglich des entspre- chenden Flachrohrs (2; 12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82) und parallel hierzu verlaufend mittels des ebenfalls parallel zum Flachrohr (2; 12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82) verlaufenden Halteelements (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85; 105; 115; 125) angebracht ist.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das . Halteelement (15; 105) durch vorstehende Rippenpakete (13; 103) gebildet ist, oder das Halteelement (125) zwischen vorstehenden Rippenpaketen aufgenommen ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (14) oder wesentliche Bereiche des Heizelements (104; 114; 124) zumindest teilweise zwischen die vorstehenden Rippenpakete (13; 103) eingeschoben sind.

4. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Ecken der vorstehenden Rippenpakete (104) im Bereich der Einführöffnung für das Heizelement (104) abgerundet oder abgeschrägt sind.

5. Wärmetauscher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85; 115) ein Haltegitter (6; 46; 86) und/oder dass das Heizelement (84; 104; 114) als Heizgitter (84'; 104') ausgebildet ist.

6. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (5; 15; 25; 35; 45; 55; 65; 75; 85; 115; 125) thermisch leitend am Wärmetauscher (1 ; 41 ; 81) angebracht ist.

7. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4; 14; 24; 34; 44; 54; 64; 74; 84) und/oder das Halteelement eine isolierende Beschichtung (4"; 14"; 84") aufweist oder mit einer isolierenden Beschichtung versehen ist.

8. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (114) mäanderartig ausgebildet ist, wobei einzelne, parallel zueinander verlaufende Heizstränge auf je einer Seite mit je einem benachbarten Heizstrang über Verbindungs- stege verbunden sind.

9. Wärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kühl- Sicken an den Stromüberleitungen zwischen den einzelnen Heizsträngen vorgesehen sind.

10. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (124) und das Halteelement (125) als Verbundmaterial einstückig ausgebildet sind.

1. Wärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Übertemperatur-Sicherungen (S) vorgesehen sind.