DE102020105866B4 - Electric heating device for a motor vehicle interior and method for operating an electric heating device - Google Patents
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Abstract
Elektrische Heizeinrichtung (1) für einen Kraftfahrzeuginnenraum, mit mehreren jeweils mehrere elektrische Heizelemente (3) aufweisenden Heizsträngen (2), wobei zwischen jeweils zwei der Heizsträngen (2) ein alle Heizelemente (3) der jeweiligen Heizstränge (2) übergreifender Wärmeübertragungsraum (6) vorliegt, der strömungstechnisch einerseits an einen Lufteinlassanschluss und andererseits an einen Luftauslassanschluss der Heizeinrichtung (1) angeschlossen ist, wobei die Heizelemente (3) zumindest eines der Heizstränge (2) in mehrere separat voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbare Gruppen (9, 10) unterteilt sind, wobei die Heizelemente (3) jedes Heizstrangs (2) zur elektrischen Kontaktierung zwischen elektrisch an Stromanschlüsse (13, 14) des Heizstrangs (2) angeschlossenen Kontaktplatten (4, 5) vorliegen und zumindest eine der Kontaktplatten (4, 5) in mehrere an separate Stromanschlüsse (13, 14) elektrisch angeschlossene Teilplatten (11, 12) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Teilplatten (11, 12) mehrere der Heizelemente (3) des entsprechenden Heizstrangs (2) kontaktiert, zwischen welchen wenigstens ein anderes der Heizelemente (3) desselben Heizstrangs (2) angeordnet ist.Electric heating device (1) for a motor vehicle interior, with a plurality of heating strands (2), each having a plurality of electric heating elements (3), wherein between each two of the heating strands (2) there is a heat transfer chamber (6) which spans all the heating elements (3) of the respective heating strands (2) and which is fluidically connected on the one hand to an air inlet connection and on the other hand to an air outlet connection of the heating device (1), wherein the heating elements (3) of at least one of the heating strands (2) are divided into a plurality of groups (9, 10) which can be supplied with electric current separately from one another, wherein the heating elements (3) of each heating strand (2) are provided for electrical contact between contact plates (4, 5) which are electrically connected to power connections (13, 14) of the heating strand (2), and at least one of the contact plates (4, 5) is divided into a plurality of partial plates (11, 12) which are electrically connected to separate power connections (13, 14), characterized in that at least one of the partial plates (11, 12) contacts several of the heating elements (3) of the corresponding heating strand (2), between which at least one other of the heating elements (3) of the same heating strand (2) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung für einen Kraftfahrzeuginnenraum, mit mehreren jeweils mehrere elektrische Heizelemente aufweisenden Heizsträngen, wobei zwischen jeweils zwei der Heizsträngen ein alle Heizelemente der jeweiligen Heizstränge übergreifender Wärmeübertragungsraum vorliegt, der strömungstechnisch einerseits an einen Lufteinlassanschluss und andererseits an einen Luftauslassanschluss der Heizeinrichtung angeschlossen ist, wobei die Heizelemente zumindest eines der Heizstränge in mehrere separat voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbare Gruppen unterteilt sind, wobei die Heizelemente jedes Heizstrangs zur elektrischen Kontaktierung zwischen elektrisch an Stromanschlüsse des Heizstrangs angeschlossenen Kontaktplatten vorliegen und zumindest eine der Kontaktplatten in mehrere an separate Stromanschlüsse elektrisch angeschlossene Teilplatten unterteilt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung.The invention relates to an electric heating device for a motor vehicle interior, with a plurality of heating strands each having a plurality of electric heating elements, wherein between each two of the heating strands there is a heat transfer space which spans all the heating elements of the respective heating strands and which is fluidically connected on the one hand to an air inlet connection and on the other hand to an air outlet connection of the heating device, wherein the heating elements of at least one of the heating strands are divided into a plurality of groups which can be supplied with electric current separately from one another, wherein the heating elements of each heating strand are provided for electrical contact between contact plates which are electrically connected to power connections of the heating strand and at least one of the contact plates is divided into a plurality of partial plates which are electrically connected to separate power connections. The invention further relates to a method for operating an electric heating device.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
Weiterhin offenbart die Druckschrift
Die Druckschrift
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin die Druckschriften
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeuginnenraum vorzuschlagen, welche gegenüber bekannten Heizeinrichtungen Vorteile aufweist, insbesondere ein effektives Einstellen einer maximalen Stromstärke durch die elektrische Heizeinrichtung bei dennoch gleichmäßiger Wärmeverteilung ermöglicht.It is an object of the invention to propose an electric heating device for a motor vehicle interior which has advantages over known heating devices, in particular enables an effective setting of a maximum current strength through the electric heating device while still ensuring uniform heat distribution.
Dies wird erfindungsgemäß mit einer elektrischen Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zumindest eine der Teilplatten mehrere der Heizelemente des entsprechenden Heizstrangs kontaktiert, zwischen welchen wenigstens ein anderes der Heizelemente desselben Heizstrangs angeordnet ist.This is achieved according to the invention with an electric heating device having the features of
Die elektrische Heizeinrichtung dient dem Beheizen des Kraftfahrzeuginnenraums, welcher Bestandteil eines Kraftfahrzeugs ist. Die Heizeinrichtung kann insoweit als Teil des Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein, jedoch auch separat von ihm vorliegen. Zum Beheizen des Kraftfahrzeuginnenraums wird der elektrischen Heizeinrichtung Luft über den Lufteinlassanschluss zugeführt, beispielsweise aus einer Außenumgebung des Kraftfahrzeugs entnommene Luft. Die der Heizeinrichtung durch den Lufteinlassanschluss zugeführte Luft durchströmt den Wärmeübertragungsraum, wird dort mittels der Heizelemente der den Wärmeübertragungsraum begrenzenden Heizstränge erwärmt und anschließend durch den Luftauslassanschluss aus der Heizeinrichtung entnommen. Die auf diese Art und Weise erwärmte Luft wird anschließend dem Kraftfahrzeuginnenraum zugeführt.The electric heating device is used to heat the interior of a motor vehicle, which is part of a motor vehicle. The heating device can be designed as part of the motor vehicle, but can also be separate from it. To heat the interior of the motor vehicle, air is supplied to the electric heating device via the air inlet connection, for example air taken from the outside environment of the motor vehicle. The air supplied to the heating device via the air inlet connection flows through the heat transfer chamber, is heated there by means of the heating elements of the heating strands delimiting the heat transfer chamber and is then removed from the heating device through the air outlet connection. The air heated in this way is then supplied to the interior of the motor vehicle.
Die Heizeinrichtung verfügt über mehrere Heizstränge, welche jeweils mehrere elektrische Heizelemente aufweisen. Die Heizelemente liegen insbesondere in Form von PTC-Elementen vor. Die Heizelemente jedes Heizstrangs sind benachbart zueinander an diesem angeordnet. Insbesondere liegen die Heizelemente des jeweiligen Heizstrangs in einer Reihe, insbesondere in einer geraden Reihe, vor und sind gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet. Der Wärmeübertragungsraum, der zwischen jeweils zwei der Heizstränge vorliegt, übergreift alle Heizelemente der jeweiligen Heizstränge. Das bedeutet, dass der Wärmeübertragungsraum im Schnitt gesehen in Überdeckung mit jedem der Heizelemente ausgebildet ist, sodass jedes der Heizelemente der den Wärmeübertragungsraum begrenzenden Heizstränge dem Aufheizen der den Wärmeübertragungsraum durchströmenden Luft dient.The heating device has several heating strands, each of which has several electrical heating elements. The heating elements are in particular in the form of PTC elements. The heating elements of each heating strand are arranged adjacent to each other. In particular, the heating elements of the respective heating strand are arranged in a row, in particular in a straight row, and are arranged at an equal distance from each other. The heat transfer space, which is present between each two of the heating strands, overlaps all the heating elements of the respective heating strands. This means that the heat transfer space, seen in section, overlaps with each of the heating elements, so that each of the heating elements of the heating strands delimiting the heat transfer space serves to heat the air flowing through the heat transfer space.
Beispielsweise verfügt die Heizeinrichtung über mehr als zwei Heizstränge, also beispielsweise über mindestens drei Heizstränge, mindestens vier Heizstränge oder mindestens fünf Heizstränge. In diesem Fall liegen mehrere Wärmeübertragungsräume vor, wobei jeder der Wärmeübertragungsräume von zwei der Heizsträngen begrenzt ist. Die mehreren Heizstränge liegen bevorzugt in einer Reihe vor, wobei sie insbesondere miteinander fluchten. Besonders bevorzugt sind die Heizstränge gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet. Das bedeutet, dass die mehreren Wärmeübertragungsräume zwischen den Heizsträngen dieselbe Erstreckung aufweisen.For example, the heating device has more than two heating strands, for example at least three heating strands, at least four heating strands or at least five heating strands. In this case, there are several heat transfer spaces, each of the heat transfer spaces being delimited by two of the heating strands. The several heating strands are preferably arranged in a row, in particular aligned with one another. The heating strands are particularly preferably arranged at an equal distance from one another. This means that the several heat transfer spaces between the heating strands have the same extension.
Unabhängig von der Anzahl der Heizstränge kann wenigstens ein weiterer Wärmeübertragungsraum vorliegen, welcher lediglich von einem der Heizstränge begrenzt ist. Der weitere Wärmeübertragungsraum wird auf seiner dem ihn begrenzenden Heizstrang abgewandten Seite von einer Gehäusewand eines Gehäuses der elektrischen Heizeinrichtung begrenzt. Auch dieser weitere Wärmeübertragungsraum übergreift alle Heizelemente des jeweiligen Heizstrangs, also des ihn begrenzenden Heizstrangs. Üblicherweise verfügt die Heizeinrichtung über mehrere derartiger weiterer Wärmeübertragungsräume, insbesondere über genau zwei solche Wärmeübertragungsräume. Diese sind auf gegenüberliegenden Seiten der Heizstränge angeordnet und sind jeweils einerseits von einem der Heizstränge und andererseits von einer jeweiligen Gehäusewand des Gehäuses begrenzt.Regardless of the number of heating strands, there can be at least one additional heat transfer chamber which is limited only by one of the heating strands. The additional heat transfer chamber is limited on its side facing away from the heating strand that limits it by a housing wall of a housing of the electric heating device. This additional heat transfer chamber also covers all heating elements of the respective heating strand, i.e. the heating strand that limits it. The heating device usually has several such additional heat transfer chambers, in particular exactly two such heat transfer chambers. These are arranged on opposite sides of the heating strands and are each limited on the one hand by one of the heating strands and on the other hand by a respective housing wall of the housing.
Sofern im Folgenden von dem Wärmeübertragungsraum oder dem weiteren Wärmeübertragungsraum die Rede ist, so sind die entsprechenden Ausführungen stets auf jeden der Wärmeübertragungsräume beziehungsweise jeden der weiteren Wärmeübertragungsräume übertragbar, sofern diese vorliegen. Auf die entsprechenden Ausführungen wird daher explizit Bezug genommen.If the heat transfer chamber or the additional heat transfer chamber is mentioned below, the corresponding statements are always transferable to each of the heat transfer chambers or each of the additional heat transfer chambers, provided that these exist. The corresponding statements are therefore explicitly referred to.
Der weitere Wärmeübertragungsraum weist beispielsweise kleinere Abmessungen auf als der Wärmeübertragungsraum. Beispielsweise ist er lediglich halb so groß, sodass also der Abstand zwischen den ihn begrenzenden Heizstrang und der Gehäusewand kleiner ist als der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Heizsträngen, welche lediglich den Wärmeübertragungsraum beziehungsweise einen der Wärmeübertragungsräume zwischen sich einschließen.The additional heat transfer chamber, for example, has smaller dimensions than the heat transfer chamber. For example, it is only half as large, so that the distance between the heating strand that borders it and the housing wall is smaller than the distance between two immediately adjacent heating strands that only enclose the heat transfer chamber or one of the heat transfer chambers between them.
Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass in dem Wärmeübertragungsraum und/oder dem weiteren Wärmeübertragungsraum (jeweils) wenigstens ein Wärmeleitelement vorliegt, welches wärmeübertragend an den jeweiligen Heizstrang angeschlossen ist. Insbesondere ist das Wärmeleitelement wärmeübertragend an dem Heizstrang befestigt. Beispielsweise liegt das Wärmeleitelement in Form eines Wärmeleitblechs vor, welches besonders bevorzugt mäandernd in dem Wärmeübertragungsraum angeordnet ist und diesen vollständig oder zumindest teilweise, beispielsweise hälftig, durchgreift.It is particularly preferably provided that in the heat transfer chamber and/or the further heat transfer chamber (each) there is at least one heat conducting element which is connected to the respective heating line in a heat-transferring manner. In particular, the heat conducting element is attached to the heating line in a heat-transferring manner. For example, the heat conducting element is in the form of a heat conducting plate which is particularly preferably arranged in a meandering manner in the heat transfer chamber and passes through it completely or at least partially, for example halfway.
Das Wärmeleitelement dient einer besonders effektiven Wärmeübertragung der Wärme von den Heizsträngen auf die die Heizeinrichtung durchströmende Luft. Im Falle des Wärmeübertragungsraums kann es vorgesehen sein, dass von jedem der den Wärmeübertragungsraum begrenzenden Heizstränge jeweils ein solches Wärmeleitelement ausgeht. Diese Wärmeleitelemente treffen in dem Wärmeübertragungsraum aufeinander, insbesondere sind sie aneinander befestigt, beispielsweise mittig oder zumindest in etwa mittig zwischen den Heizsträngen in dem Wärmeübertragungsraum.The heat conducting element serves to ensure particularly effective heat transfer from the heating strands to the air flowing through the heating device. In the case of the heat transfer chamber, it can be provided that one such heat conducting element extends from each of the heating strands delimiting the heat transfer chamber. These heat conducting elements meet in the heat transfer chamber, in particular they are attached to one another, for example in the middle or at least approximately in the middle between the heating strands in the heat transfer chamber.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmeübertragungsraum und/oder der weitere Wärmeübertragungsraum jeweils separat strömungstechnisch an den Lufteinlassanschluss und/oder den Luftauslassanschluss der Heizeinrichtung angeschlossen sind. Besonders bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, dass strömungstechnisch zwischen dem Lufteinlassanschluss einerseits und dem Wärmeübertragungsraum und/oder dem weiteren Wärmeübertragungsraum andererseits ein Luftverteilkasten und strömungstechnisch zwischen dem Wärmeübertragungsraum und/oder dem weiteren Wärmeübertragungsraum einerseits und dem Luftauslassanschluss andererseits ein Luftsammelkasten angeordnet sind.It can be provided that the heat transfer chamber and/or the further heat transfer chamber are each separately connected in terms of flow to the air inlet connection and/or the air outlet connection of the heating device. However, it is particularly preferred that an air distribution box is arranged in terms of flow between the air inlet connection on the one hand and the heat transfer chamber and/or the further heat transfer chamber on the other hand and an air collection box is arranged in terms of flow between the heat transfer chamber and/or the further heat transfer chamber on the one hand and the air outlet connection on the other hand.
Der Luftverteilkasten ist einerseits an den Lufteinlassanschluss und andererseits an den Wärmeübertragungsraum beziehungsweise die mehreren Wärmeübertragungsräume und/oder den weiteren Wärmeübertragungsraum beziehungsweise die weiteren Wärmeübertragungsräume strömungstechnisch angeschlossen. Der Luftverteilkasten dient einem Aufteilen der der Heizeinrichtung durch den Lufteinlassanschluss zugeführten Luft auf den Wärmeübertragungsraum und/oder den weiteren Wärmeübertragungsraum. Für den Luftsammelkasten gilt entsprechendes; dieser dient dem Zusammenfassen der Luft aus dem Wärmeübertragungsraum und/oder dem weiteren Wärmeübertragungsraum und dem gemeinsamen Zuführen der Luft zu dem Luftauslassanschluss. Die Heizeinrichtung ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass - im Falle mehrerer Wärmeübertragungsräume - diesen jeweils derselbe oder zumindest in etwa derselbe Luftmassenstrom zugeführt wird.The air distribution box is fluidically connected on the one hand to the air inlet connection and on the other hand to the heat transfer chamber or the several heat transfer chambers and/or the further heat transfer chamber or the further heat transfer chambers. The air distribution box serves to divide the air supplied to the heating device through the air inlet connection to the heat transfer chamber and/or the further heat transfer chamber. The same applies to the air collection box; this serves to combine the air from the heat transfer chamber and/or the further heat transfer chamber and to supply the air together to the air outlet connection. The heating device is preferably designed in such a way that - in the case of several Heat transfer spaces - each of which is supplied with the same or at least approximately the same air mass flow.
Eine Leistungsaufnahme und damit ein Heizvermögen der einzelnen Heizstränge lässt sich näherungsweise mit der Gleichung Pel=U2/R beschreiben, wobei U die an dem jeweiligen Heizstrang anliegende elektrische Spannung und R der elektrische Widerstand des jeweiligen Heizstrangs bezeichnet. Der Widerstand kann von der Temperatur des Heizstrangs abhängen. Die Auslegung der Heizeinrichtung erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit von der minimalen zu erwarteten zur Verfügung stehenden elektrischen Spannung. Diese kann niedriger sein als eine Nennspannung einer Stromquelle, an welche die Heizeinrichtung elektrisch angeschlossen ist.The power consumption and thus the heating capacity of the individual heating elements can be approximately described using the equation P el =U 2 /R, where U is the electrical voltage applied to the respective heating element and R is the electrical resistance of the respective heating element. The resistance can depend on the temperature of the heating element. The design of the heating device is preferably based on the minimum expected available electrical voltage. This can be lower than the nominal voltage of a power source to which the heating device is electrically connected.
Auf diese Art und Weise wird sichergestellt, dass auch bei einer die Nennspannung unterschreitenden Spannung die gewünschte Heizleistung erzielt wird. Die gesamte elektrische Nennleistung der Heizeinrichtung ergibt sich aus der Beziehung Pnenn=Σ(U2 min/Ri), wobei Umin die minimale zu erwartende Spannung, i einen Index des jeweiligen Heizstrangs und entsprechend Ri den elektrischen Widerstand des jeweiligen Heizstrangs beschreiben. Dies führt zu einer theoretischen Heizleistung der Heizeinrichtung bei der Nennspannung, welche deutlich oberhalb der Nennleistung der Heizeinrichtung ist. Die maximale Heizleistung kann beispielsweise aus der Beziehung Pmax=(Umax/Un-enn)2· Pnenn ermittelt werden.This ensures that the desired heating output is achieved even when the voltage is below the nominal voltage. The total electrical nominal output of the heating device is calculated from the relationship P nominal =Σ(U 2 min /R i ), where U min is the minimum expected voltage, i is an index of the respective heating branch and R i is the electrical resistance of the respective heating branch. This leads to a theoretical heating output of the heating device at the nominal voltage which is significantly above the nominal output of the heating device. The maximum heating output can be determined, for example, from the relationship P max =(U max /U n-enn ) 2 P nominal .
Um die gewünschte Heizleistung der Heizeinrichtung einzustellen, kann es vorgesehen sein, sie mittels Pulsweitmodulation anzusprechen, insbesondere für den Fall, dass die an der Heizeinrichtung anliegende elektrische Spannung höher ist als die minimale Spannung. Je höher jedoch die Spannung ist, umso höher ist die Stromstärke des durch die Heizeinrichtung fließenden elektrischen Stroms. Um die Stromstärke zu begrenzen, kann es daher vorgesehen sein, lediglich einzelne der Heizstränge zu betreiben. Dies führt jedoch unter Umständen zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung in der Heizeinrichtung, was Komforteinbußen für sich in dem Kraftfahrzeuginnenraum aufhaltende Personen bedeuten kann.In order to set the desired heating power of the heating device, it can be provided to address it using pulse width modulation, particularly in the event that the electrical voltage applied to the heating device is higher than the minimum voltage. However, the higher the voltage, the higher the current strength of the electrical current flowing through the heating device. In order to limit the current strength, it can therefore be provided to operate only individual heating strands. However, this may lead to an uneven temperature distribution in the heating device, which can mean a loss of comfort for people in the vehicle interior.
Aus diesem Grund ist es nun vorgesehen, dass die Heizelemente zumindest eines der Heizstränge in mehrere separat voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbare Gruppen unterteilt sind. Beispielsweise sind die Heizelemente in eine erste Gruppe und in eine zweite Gruppe unterteilt, wobei in jeder der Gruppen wenigstens eines der Heizelemente des entsprechenden Heizstrangs vorliegt. Selbstverständlich kann auch eine beliebige Anzahl an weiteren Gruppen realisiert sein. Die Gruppen aus Heizelementen sind unabhängig voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbar. Es kann also vorgesehen sein, dass eine der Gruppen zum Aufheizen der Luft verwendet wird, wohingegen eine andere der Gruppen außer Betrieb ist oder umgekehrt. Selbstverständlich kann es ebenfalls vorgesehen sein, dass beide Gruppen betrieben werden. Auf diese Art und Weise kann die Stromstärke effektiv begrenzt werden.For this reason, it is now provided that the heating elements of at least one of the heating strands are divided into several groups that can be supplied with electrical current separately from one another. For example, the heating elements are divided into a first group and a second group, with at least one of the heating elements of the corresponding heating strand being present in each of the groups. Of course, any number of further groups can also be implemented. The groups of heating elements can be supplied with electrical current independently of one another. It can therefore be provided that one of the groups is used to heat the air, while another of the groups is out of operation, or vice versa. Of course, it can also be provided that both groups are operated. In this way, the current intensity can be effectively limited.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Anzahl der mit elektrischem Strom zu beaufschlagenden Gruppen in Abhängigkeit von der an der Heizeinrichtung anliegenden elektrischen Spannung bestimmt wird. So werden bei einer höheren Spannung weniger Gruppen mit elektrischem Strom beaufschlagt als bei einer niedrigeren Spannung. Insbesondere werden die mit Strom zu beaufschlagenden Gruppen derart ausgewählt, dass die Stromstärke des durch die Heizeinrichtung fließenden Stroms einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Selbstverständlich kann es hierbei vorgesehen sein, die Gruppen alternierend, also abwechselnd, mit elektrischem Strom zu beaufschlagen, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der Heizeinrichtung sicherzustellen.For example, it is provided that the number of groups to be supplied with electrical current is determined depending on the electrical voltage applied to the heating device. For example, at a higher voltage, fewer groups are supplied with electrical current than at a lower voltage. In particular, the groups to be supplied with current are selected in such a way that the current intensity flowing through the heating device does not exceed a certain value. Of course, it can be provided that the groups are supplied with electrical current alternately, i.e. alternately, in order to ensure an even temperature distribution in the heating device.
Mit der beschriebenen Ausgestaltung der Heizeinrichtung kann zum einen die Stromstärke des elektrischen Stroms durch die Heizeinrichtung verringert und zum anderen dennoch eine gleichmäßige Temperaturverteilung sichergestellt werden. Insoweit wird stets ein hoher Komfort für die sich in dem Kraftfahrzeuginnenraum aufhaltenden Personen gewährleistet.With the described design of the heating device, the intensity of the electric current through the heating device can be reduced and, at the same time, an even temperature distribution can be ensured. In this respect, a high level of comfort is always guaranteed for the people in the vehicle interior.
Die Erfindung sieht vor, dass die Heizelemente jedes Heizstrangs zur elektrischen Kontaktierung zwischen Kontaktplatten vorliegen, die elektrisch an Stromanschlüsse des Heizstrangs angeschlossen sind. Die Kontaktplatten liegen auf gegenüberliegenden Seiten der Heizelemente vor und sind jeweils an diese elektrisch angeschlossen. Jede der Kontaktplatten ist also mit allen Heizelementen des jeweiligen Heizstrangs elektrisch verbunden. In anderen Worten ist über die Kontaktplatten eine elektrische Verbindung zwischen den Stromanschlüssen des Heizstrangs und seinen Heizelementen realisiert.The invention provides that the heating elements of each heating strand are provided for electrical contact between contact plates that are electrically connected to the power connections of the heating strand. The contact plates are provided on opposite sides of the heating elements and are each electrically connected to them. Each of the contact plates is therefore electrically connected to all heating elements of the respective heating strand. In other words, an electrical connection is realized between the power connections of the heating strand and its heating elements via the contact plates.
Die Kontaktplatten verlaufen parallel zueinander und bestehen aus einem leitfähigen Material. Die Kontaktplatten übergreifen jeweils alle Heizelemente des entsprechenden Heizstrangs, sodass über die Kontaktplatten alle Heizelemente elektrisch an die Stromanschlüssen angeschlossen sind. Die Kontaktplatten dienen zudem vorzugsweise zur Halterung der Heizelemente. Das bedeutet, dass die Heizelemente mittels der Kontaktplatten ortsfest gehalten sind, nämlich insbesondere bezüglich eines Gehäuses der Heizeinrichtung. Zudem sind die Kontaktplatten bevorzugt wärmeleitend ausgestaltet und begrenzen den Wärmeübertragungsraum und/oder den weiteren Wärmeübertragungsraum. Einerseits jeder der Kontaktplatten liegen also die Heizelemente und andererseits der Wärmeübertragungsraum und/oder der weitere Wärmeübertragungsraum vor. Mittels der Kontaktplatten wird ein kompakter Aufbau der Heizeinrichtungen erzielt.The contact plates run parallel to each other and are made of a conductive material. The contact plates overlap all heating elements of the corresponding heating line, so that all heating elements are electrically connected to the power connections via the contact plates. The contact plates are also preferably used to hold the heating elements. This means that the heating elements are fixed in place using the contact plates. are held, namely in particular with respect to a housing of the heating device. In addition, the contact plates are preferably designed to be heat-conductive and delimit the heat transfer space and/or the further heat transfer space. On one side of each of the contact plates there are the heating elements and on the other side there is the heat transfer space and/or the further heat transfer space. A compact structure of the heating devices is achieved by means of the contact plates.
Die Erfindung sieht vor, dass zumindest eine der Kontaktplatten in mehrere Teilplatten unterteilt ist, die an separate Stromanschlüsse elektrisch angeschlossen sind. Mithilfe der Aufteilung der Kontaktplatten in die Teilplatte wird die Unterteilung der Heizelemente in die Gruppen erzielt. Beispielsweise liegt insoweit für jede der Gruppen eine Teilplatte vor. Jede der Teilplatten ist elektrisch an wenigstens eines der Heizelemente angeschlossen und zudem mit einem der Stromanschlüsse verbunden. Es kann vorgesehen sein, dass eine der Kontaktplatten durchgehend ausgebildet ist, sodass über sie alle Heizelemente des Heizstrangs an einen der Stromanschlüsse elektrisch angeschlossen sind. Die jeweils andere der Kontaktplatten ist hingegen in die mehreren Teilplatten unterteilt, sodass über diese Kontaktplatte die Heizelemente an mehrere Stromanschlüsse angeschlossen sind. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass beide Kontaktplatten in mehrere Teilplatten unterteilt sind. Hierdurch wird eine besonders flexible Verschaltung der Heizelemente beziehungsweise eine besonders flexible Aufteilung der Heizelemente in die Gruppen erzielt.The invention provides that at least one of the contact plates is divided into several sub-plates that are electrically connected to separate power connections. The division of the contact plates into the sub-plates is used to divide the heating elements into groups. For example, there is a sub-plate for each of the groups. Each of the sub-plates is electrically connected to at least one of the heating elements and is also connected to one of the power connections. It can be provided that one of the contact plates is continuous so that all of the heating elements of the heating strand are electrically connected to one of the power connections via it. The other of the contact plates, on the other hand, is divided into several sub-plates so that the heating elements are connected to several power connections via this contact plate. It can of course also be provided that both contact plates are divided into several sub-plates. This results in a particularly flexible connection of the heating elements or a particularly flexible division of the heating elements into the groups.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest eine der Teilplatten eine Aussparung aufweist, in welche sich eine jeweils andere der Teilplatten zur Kontaktierung wenigstens eines der Heizelemente hineinerstreckt. Die Aussparung ist derart ausgestaltet, dass die Aussparung wenigstens eines der Heizelemente übergreift, sodass entsprechend dieses wenigstens eine Heizelement nicht mit der Teilplatte elektrisch verbunden ist. In die Aussparung erstreckt sich eine andere der Teilplatten hinein, welche dann mit dem erwähnten Heizelement elektrisch verbunden ist. Mithilfe der beschriebenen Ausgestaltung wird die Tragfähigkeit der Kontaktplatten weitgehend erhalten.A further development of the invention provides that at least one of the partial plates has a recess into which another of the partial plates extends for contacting at least one of the heating elements. The recess is designed in such a way that the recess overlaps at least one of the heating elements, so that this at least one heating element is not electrically connected to the partial plate. Another of the partial plates extends into the recess, which is then electrically connected to the heating element mentioned. With the help of the described design, the load-bearing capacity of the contact plates is largely maintained.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Aussparung wenigstens eines der Heizelemente ausspart. Hierauf wurde bereits hingewiesen. Die Aussparung dient einer Nichtkontaktierung zumindest eines der Heizelemente, sodass die erwähnte flexible Verschaltung der Heizelemente zu den Gruppen umgesetzt ist.A further development of the invention provides that the recess leaves out at least one of the heating elements. This has already been mentioned. The recess serves to prevent contact with at least one of the heating elements, so that the aforementioned flexible connection of the heating elements to the groups is implemented.
Die Erfindung sieht vor, dass zumindest eine der Teilplatten mehrere der Heizelemente des entsprechenden Heizstrangs kontaktiert, zwischen welchen wenigstens ein anderes der Heizelemente desselben Heizstrangs angeordnet ist. Die Teilplatte kontaktiert insoweit Heizelemente, welche nicht unmittelbar benachbart zueinander vorliegen, sondern zwischen welchen das wenigstens eine andere der Heizelemente vorliegt. Beispielsweise liegen die mittels der Teilplatte kontaktierten Heizelemente auf gegenüberliegenden Seiten des wenigstens einen anderen der Heizelemente vor. Wiederum dient dies der Erzielung einer flexiblen Verschaltung der Heizelemente.The invention provides that at least one of the partial plates contacts several of the heating elements of the corresponding heating line, between which at least one other of the heating elements of the same heating line is arranged. The partial plate thus contacts heating elements which are not immediately adjacent to one another, but between which at least one other of the heating elements is arranged. For example, the heating elements contacted by means of the partial plate are located on opposite sides of the at least one other of the heating elements. This again serves to achieve a flexible connection of the heating elements.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Gruppen dieselbe Anzahl der Heizelemente umfassen. Insoweit wird eine gleichmäßige beziehungsweise symmetrische Aufteilung der Heizelemente umgesetzt. In diesem Fall kann besonders einfach ein alternierendes Betreiben der Gruppen erfolgen.A further development of the invention provides that the groups comprise the same number of heating elements. In this respect, a uniform or symmetrical distribution of the heating elements is implemented. In this case, the groups can be operated alternately in a particularly simple manner.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine erste der Gruppen mindestens doppelt so viele der Heizelemente umfasst wie eine zweite der Gruppen. Die Anzahl der Heizelemente unterscheidet sich insoweit zwischen den Gruppen. Hierdurch kann ein besonders genaues Dosieren der Heizleistung der Heizeinrichtung erfolgen.A further development of the invention provides that a first of the groups comprises at least twice as many heating elements as a second of the groups. The number of heating elements differs between the groups. This allows the heating power of the heating device to be dosed particularly precisely.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Heizeinrichtung für ein Kraftfahrzeuginnenraum, insbesondere eine elektrische Heizeinrichtung gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die elektrische Heizeinrichtung über mehrere jeweils mehrere elektrische Heizelemente aufweisende Heizstränge verfügt, wobei zwischen jeweils zwei der Heizsträngen ein alle Heizelemente der jeweiligen Heizstränge übergreifender Wärmeübertragungsraum vorliegt, der strömungstechnisch einerseits an einen Lufteinlassanschluss und andererseits an einen Luftauslassanschluss der Heizeinrichtung angeschlossen ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Heizelemente zumindest eines der Heizstränge in mehrere separat voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbare Gruppen unterteilt sind und zumindest zeitweise lediglich die Heizelemente einer der Gruppen zum Heizen betrieben werden, wobei die Heizelemente jedes Heizstrangs zur elektrischen Kontaktierung zwischen elektrisch an Stromanschlüsse des Heizstrangs angeschlossenen Kontaktplatten vorliegen und zumindest eine der Kontaktplatten in mehrere an separate Stromanschlüsse elektrischen angeschlossene Teilplatten unterteilt ist. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass zumindest eine der Teilplatten mehrere der Heizelemente des entsprechenden Heizstrangs kontaktiert, zwischen welchen wenigstens ein anderes der Heizelemente desselben Heizstrangs angeordnet ist, und dass die Heizelemente der zumindest einen der Teilplatten als die Heizelemente der zum Heizen betriebenen Gruppe verwendet werden.The invention further relates to a method for operating an electric heating device for a motor vehicle interior, in particular an electric heating device according to the statements in the context of this description, wherein the electric heating device has a plurality of heating strands, each having a plurality of electric heating elements, wherein between each two of the heating strands there is a heat transfer space which spans all the heating elements of the respective heating strands and which is connected in terms of flow on the one hand to an air inlet connection and on the other hand to an air outlet connection of the heating device. It is provided that the heating elements of at least one of the heating strands are divided into a plurality of groups which can be supplied with electric current separately from one another and at least temporarily only the heating elements of one of the groups are operated for heating, wherein the heating elements of each heating strand are provided for electrical contact between contact plates which are electrically connected to power connections of the heating strand and at least one of the contact plates is divided into a plurality of partial plates which are electrically connected to separate power connections. It is further provided that at least one of the partial plates contacts a plurality of the heating elements of the corresponding heating strand, between which at least one other of the heating elements of the same heating strand, and that the heating elements of at least one of the partial plates are used as the heating elements of the group operated for heating.
Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Heizeinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Heizeinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.The advantages of such a procedure or such a design of the heating device have already been pointed out. Both the heating device and the method for operating it can be further developed in accordance with the statements in this description, so reference is made to these in this respect.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Heizelemente jedes Heizstrangs und/oder die Heizstränge alternierend betrieben werden. Beispielsweise werden zunächst die Heizelemente einer ersten der Gruppen betrieben, wohingegen die Heizelemente einer zweiten der Gruppen nicht betrieben werden. Anschließend können die Heizelemente der ersten Gruppe deaktiviert und die Heizelemente der zweiten Gruppe mit Strom beaufschlagt werden. Wird dies wiederkehrend abwechselnd durchgeführt, so wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung in der elektrischen Heizeinrichtung erzielt. Ein entsprechendes Vorgehen wird zusätzlich oder alternativ für die Heizstränge umgesetzt. Besonders vorteilhaft ist es selbstverständlich vorgesehen, dass die Heizelemente jeweils einzeln mit Strom beaufschlagbar sind. In diesem Fall können die Heizelemente reihum mit Strom versorgt werden, um eine gleichmäßige Temperatur sicherzustellen. Zusätzlich kann es - bei allen beschriebenen Ausgestaltungen - selbstverständlich vorgesehen sein, dass die Heizleistung der Heizeinrichtung mittels Pulsweitenmodulation eingestellt wird.A further development of the invention provides that the heating elements of each heating strand and/or the heating strands are operated alternately. For example, the heating elements of a first of the groups are operated first, whereas the heating elements of a second of the groups are not operated. The heating elements of the first group can then be deactivated and the heating elements of the second group can be supplied with electricity. If this is carried out alternately and repeatedly, a uniform temperature distribution is achieved in the electrical heating device. A corresponding procedure is implemented additionally or alternatively for the heating strands. It is of course particularly advantageous that the heating elements can each be supplied with electricity individually. In this case, the heating elements can be supplied with electricity in turn to ensure a uniform temperature. In addition - in all of the embodiments described - it can of course be provided that the heating power of the heating device is adjusted by means of pulse width modulation.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Heizeinrichtung für einen Kraftfahrzeuginnenraum, -
2 eine schematische Darstellung eines Heizstrangs der Heizeinrichtung in einer ersten Ausführungsform,sowie 3 eine schematische Darstellung des Heizstrangs in einer zweiten Ausführungsform.
-
1 a schematic representation of an electric heating device for a motor vehicle interior, -
2 a schematic representation of a heating strand of the heating device in a first embodiment, as well as3 a schematic representation of the heating element in a second embodiment.
Die
Es ist erkennbar, dass die Heizstränge 2 in Reihe und mit gleichmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Die Wärmeübertragungsräume 6 weisen insoweit dieselben Abmessungen auf. Angedeutet ist zudem ein Gehäuse 7 der Heizeinrichtung 1, in welchem die Heizstränge 2 angeordnet und befestigt sind. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel grenzt einer der Heizstränge 2 unmittelbar an das Gehäuse 7 beziehungsweise eine Gehäusewand des Gehäuses 7 an. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass jeder der Heizstränge 2 von der Gehäusewand beabstandet angeordnet ist.It can be seen that the
Während eines Betriebs der elektrischen Heizeinrichtung 1 werden die Wärmeübertragungsräume 6 gemäß den Pfeilen 8 von Luft durchströmt. Gleichzeitig werden die Heizelemente 3 zum Aufheizen der Luft über die Kontaktplatten 4 und 5 mit elektrischem Strom beaufschlagt. Die Heizelemente 3 jedes Heizstrangs 2 sind hierbei in separat voneinander mit elektrischem Strom beaufschlagbare Gruppen 9 und 10 (hier nicht dargestellt) unterteilt. Die Heizelemente 3 jeder der Gruppen 9 und 10 sind unabhängig von den Heizelementen der jeweils anderen Gruppe 9 und 10 mit elektrischem Strom beaufschlagbar. Es kann insoweit vorgesehen sein, dass lediglich die Heizelemente 3 der Gruppe 9, nicht jedoch die Heizelemente 3 der Gruppe 10, betrieben werden und umgekehrt.During operation of the
Die
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, dass die Teilplatte 11 über die gesamte Erstreckung des Heizstrangs 2 vorliegt, also an jedes der Heizelemente 3 entweder elektrisch angeschlossen ist oder an ihm vorbeiläuft. In jedem Fall ist die Teilplatte 11 jedoch durchgehend ausgestaltet. Die Teilplatte 12 hingegen übergreift nur einen Teil des Heizstrangs 2 beziehungsweise weist eine kleinere Erstreckung auf als die Teilplatte 11. Die dargestellte Ausführungsform des Heizstrangs 2 hat den Vorteil, dass eine ausgezeichnete Dosierbarkeit der Heizleistung realisiert ist.In the embodiment shown here, it is provided that the partial plate 11 is present over the entire extension of the
Die
Die beschriebene Ausgestaltung der Heizeinrichtung 1 ermöglicht ein zielgerichtetes Betreiben, wobei insbesondere eine Stromstärke des durch die Heizeinrichtung 1 fließenden elektrischen Stroms effektiv begrenzt beziehungsweise auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann. Hierzu ist es bevorzugt vorgesehen, die mit elektrischem Strom zu beaufschlagende Gruppe an Heizelementen 3 so aus den Gruppen 9 und 10 auszuwählen, dass die Stromstärke kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert. Das Beaufschlagen der Gruppen 9 und 10 der Heizelemente 3 mit elektrischem Strom kann alternierend erfolgen, insbesondere im Falle der zweiten Ausführungsform. Insgesamt wird somit eine besonders gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb der Heizeinrichtung 1 erzielt.The described design of the
BEZUGSZEICHENLISTE:REFERENCE SYMBOL LIST:
- 11
- Heizeinrichtungheating device
- 22
- Heizstrangheating circuit
- 33
- Heizelementheating element
- 44
- Kontaktplattecontact plate
- 55
- Kontaktplattecontact plate
- 66
- Wärmeübertragungsraumheat transfer chamber
- 77
- GehäuseHousing
- 88
- PfeilArrow
- 99
- Gruppegroup
- 1010
- Gruppegroup
- 1111
- Teilplattepartial plate
- 1212
- Teilplattepartial plate
- 1313
- Stromanschlusspower connection
- 1414
- Stromanschlusspower connection
- 1515
- Aussparungrecess
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-
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