Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizung für eine als Windschutz- oder Heckscheibe oder Spiegel ausgebildete und in oder an einem Fahrzeug anbringbare Komponente und ein Verfahren zum Beheizen einer als Windschutz- oder Heckscheibe oder Spiegel ausgebildete und in oder an einem Fahrzeug anbringbare Komponente. The present invention relates to a heater for a designed as a windshield or rear window or mirror and attachable in or on a vehicle component and a method for heating a designed as a windshield or rear window or mirror and attachable in or on a vehicle component.
Stand der TechnikState of the art
Es ist bekannt, dass herkömmliche resistive Windschutz- und Heckscheibenheizungen, die heutzutage für Fahrzeuge verwendet werden, einen hohen Energiekonsum verursachen, da diese im Betrieb eine Leistung von beispielsweise 100 bis 200 Watt haben. Solche Scheibenheizungen sind aus Heizdrähten aufgebaut und weisen niederohmige Innenwiderstande auf, die im Bereich von 1 Ohm liegen. Werden solche Scheibenheizungen in Betrieb mittels eines Fahrzeugbordnetzes mit elektrischer Energie versorgt, so ergibt sich eine hohe Strombelastung für das Fahrzeugbordnetz, da dieses einen Betriebsstrom beziehungsweise Heizstrom von beispielsweise 10 Ampere bereitstellen muss.It is known that conventional resistive windshield and rear window heaters, which are used for vehicles today, cause a high energy consumption, since they have a power of, for example, 100 to 200 watts in operation. Such disk heaters are constructed of heating wires and have low-resistance internal resistance, which are in the range of 1 ohms. If such disk heaters are supplied with electrical energy during operation by means of a vehicle electrical system, this results in a high current load for the vehicle electrical system, since this must provide an operating current or heating current of, for example, 10 amperes.
Zum Erreichen eines schnellen Abtauens einer mit Eis bedeckten oder beschlagenen Scheibe, die als Windschutz- oder Heckscheibe ausgebildet und in einem Fahrzeug eingebaut ist, ist die Verwendung eines solch hohen Betriebsstromes auch sinnvoll, um rasch wieder eine volle Sicht für den Fahrer eines Fahrzeuges mit einer solchen Scheibe zu gewährleisten. Eine solche Scheibe ist dann bereits nach Ablauf einer kurzen Abtauzeit von beispielsweise 5 bis 10 Minuten abgetaut. Bei Verwendung einer ungeregelten Scheibenheizung wird der hohe Betriebsstrom jedoch auch nach dem Ablaufen der Abtauzeit weiterhin aufrechterhalten, wenn der Fahrer eine solche ungeregelte Scheibenheizung nicht bewusst ausschaltet. Dies führt zu einem unnötigen Energiekonsum. To achieve a fast defrosting of an ice-covered or fogged disc, which is designed as a windshield or rear window and installed in a vehicle, the use of such a high operating current is also useful to quickly restore a full view of the driver of a vehicle with a to ensure such a disc. Such a disk is then defrosted already after a short defrost time of, for example, 5 to 10 minutes. However, if an unregulated disk heater is used, the high operating current will continue to be maintained even after the defrost time has elapsed, unless the driver intentionally turns off such unregulated disk heater. This leads to unnecessary energy consumption.
Um den Energiekonsum zu drosseln und den Fahrer zu unterstützen wird bei bekannten Verfahren nach Ablaufen eines ersten Betriebsmodus, in dem die mit Eis bedeckte oder beschlagene Scheibe abgetaut wird, entweder der Betriebsstrom für die Scheibenheizung mittels einer Zeitsteuerung reduziert oder gänzlich abgeschaltet. Eine Reduzierung des Betriebsstromes kann durch Verwendung eines in Form eines pulsweitenmodulierten Stromes erzeugten Betriebsstromes erfolgen, der in die Scheibenheizung eingebracht wird. Dabei werden eine Einschalt- und eine Ausschaltzeit der Scheibenheizung derartig variiert, dass sich im Mittel ein kleinerer Stromwert des Betriebsstromes ergibt. Dies wird als Takten der Scheibenheizung bezeichnet. Vorteilhaft dabei ist, dass bei Verwendung eines solchen zweiten Betriebsmodus, in dem ein Takten der Scheibenheizung erfolgt, die Scheibe nicht wieder einfriert. Nach dem Ablaufen des zweiten Betriebsmodus kann dann der Betriebsstrom gänzlich ebenfalls mittels einer Zeitsteuerung automatisch abgeschaltet werden. Dies ist zulässig, da nach Ablaufen des zweiten Betriebsmodus im Allgemeinen ein Innenraum des Fahrzeuges bereits aufgeheizt ist und der Wärmeübergang zwischen dem Innenraum und der zu beheizenden Scheibe dafür sorgt, dass die Scheibe nicht wieder vereist oder beschlägt.In order to reduce energy consumption and assist the driver, in known methods, after a first mode of operation in which the ice-covered or fogged disk is defrosted, either the operating current for the disk heater is reduced by means of a timer or switched off completely. A reduction of the operating current can be achieved by using a generated in the form of a pulse width modulated current operating current, which is introduced into the window heating. In this case, a switch-on and switch-off of the window heating are varied such that a smaller current value of the operating current results on average. This is called clocking the disk heater. The advantage here is that when using such a second mode of operation, in which a clocking of the window heating takes place, the disc does not freeze again. After the expiration of the second operating mode, the operating current can then also be switched off completely automatically by means of a time control. This is permissible because, after the expiration of the second operating mode, an interior of the vehicle is generally already heated and the heat transfer between the interior and the pane to be heated ensures that the pane does not re-ice or fog.
Ein Nachteil der bekannten Verfahren ist, dass die Reduzierung des Betriebsstromes nicht dynamisch in Abhängigkeit von einer aktuellen Temperatur der Scheibe, sondern innerhalb einer fest vorgegebenen Zeit erfolgt. Dabei kann es energetisch günstig sein, die elektrische Leistung der Scheibenheizung bereits schon vor Ablauf einer solchen fest vorgegebenen Zeit zu reduzieren.A disadvantage of the known method is that the reduction of the operating current does not occur dynamically as a function of a current temperature of the disc, but within a fixed predetermined time. It may be energetically favorable to reduce the electrical power of the window heater already before the expiration of such a fixed predetermined time.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist, dass der Fahrer erst nach Ablaufen eines kompletten Betriebszyklus, das heißt, erst nach Ablaufen des ersten Betriebsmodus, in dem der höchste Betriebsstrom für eine erste fest vorgegebene Zeit bereitgestellt wird, und des zweiten Betriebsmodus, in dem ein Takten der Scheibenheizung für eine weitere fest vorgegebene zweite Zeit erfolgt, die Scheibenheizung wieder mit voller Leistung aktivieren kann.Another disadvantage of the known method is that the driver only after expiration of a complete operating cycle, that is, after the expiration of the first operating mode, in which the highest operating current is provided for a first fixed time, and the second operating mode, in which Cycles of the disk heater for another fixed predetermined second time is done, the disk heater can activate again at full power.
Ein anderer Nachteil der bekannten Verfahren ist, dass für eine Realisierung jeder Zeitsteuerung oder des Taktens der Scheibenheizung eine Verwendung von weiteren Schaltkreisen mit entsprechenden Zeit- beziehungsweise Taktgebern, Mikroprozessoren, Relais und anderen Bauelementen erforderlich ist.Another disadvantage of the known methods is that implementation of each timing or clocking of the disk heater requires the use of other circuits with corresponding timers, microprocessors, relays, and other components.
Ein wesentlicher Nachteil bei der Verwendung von herkömmlichen Scheibenheizungen besteht darin, dass solche Scheibenheizungen nicht von außerhalb eines Fahrzeuges, für das diese verwendet werden, mit elektrischer Energie versorgt werden können, und, dass diese im Betrieb das Fahrzeugbordnetz belasten.A major disadvantage of using conventional disc heaters is that such disc heaters can not be supplied with electrical energy from outside a vehicle for which they are used, and that these burden the vehicle electrical system during operation.
Ein solcher Betrieb der genannten Scheibenheizungen oder auch von in gleicher Weise ausgebildeten und in Fahrzeugen verwendeten Spiegelheizungen, durch den das Fahrzeugbordnetz stark belastet wird, ist insbesondere im Winter sehr nachteilig. Beispielsweise würde ein Fahrer im Winter bei Vorliegen einer vereisten Front- oder Heckscheibe in vielen Fällen die entsprechende Scheibenheizung zunächst abgeschaltet lassen, um eine Startfähigkeit eines Motors des Fahrzeuges bei Kaltstarten des Fahrzeuges zu gewährleisten. Wenn dies gelingt, würde der Fahrer erst danach für eine freie Sicht durch Einschalten der entsprechenden Scheibenheizung bei laufendem Motor sorgen, die unter Umständen mit zusätzlicher Umweltbelastung erfolgt. Es wäre oft wünschenswert vor einem Starten des Fahrzeuges, unabhängig vom Zustand des Fahrzeugbordnetzes, eine freie Scheibe zu haben, insbesondere dann, wenn damit zu rechnen ist, dass das Fahrzeugbordnetz nach dem Starten beispielsweise in Folge einer schwachen Batterie oder eines defekten Generators instabil wird. Der Betrieb einer Scheibenheizung könnte dann das Fahrzeugbordnetz so stark belasten, dass eine Zündung eines konventionellen Fahrzeuges oder auch ein Starten eines Elektroantriebes eines Elektrofahrzeuges nicht durchführbar ist, und, dass das Fahrzeug folglich liegen bleibt. Such an operation of the aforementioned disk heaters or even trained in the same way and used in vehicles mirror heaters, through which the vehicle electrical system is heavily loaded, is very disadvantageous especially in winter. For example, in winter, in the presence of an icy front or rear window, a driver would in many cases leave the corresponding window heater turned off to ensure starting capability of an engine of the vehicle during cold start of the vehicle. If this succeeds, the driver would then provide a clear view by switching on the corresponding window heater with the engine running, which may be done with additional environmental impact. It would often be desirable to have a free disk before starting the vehicle, regardless of the state of the vehicle electrical system, especially if it is to be expected that the vehicle electrical system becomes unstable after starting, for example due to a weak battery or a defective generator. The operation of a window heater could then load the vehicle electrical system so much that an ignition of a conventional vehicle or starting an electric drive of an electric vehicle is not feasible, and that the vehicle thus remains lying.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird eine Heizung für eine als Windschutz- oder Heckscheibe oder Spiegel ausgebildete und in oder an einem Fahrzeug anbringbare Komponente bereitgestellt. Dabei ist die Heizung an eine Spannungsquelle anschließbar und umfasst eine Heizschaltung mit einer Heizeinheit, die mindestens einen ohmschen Widerstand aufweist. Ferner ist die Heizung dazu ausgebildet, zum Beheizen der Komponente mittels einer an der Heizeinheit abfallenden elektrischen Leistung bei angeschlossener Spannungsquelle eine zwischen zwei Anschlüssen der Heizschaltung anliegende Betriebsspannung bereitzustellen. Die Heizung umfasst einen Spannungswandler, der dazu ausgebildet ist, eine von der Spannungsquelle bereitgestellte Spannung in eine Betriebswechselspannung umzuwandeln und zwischen den zwei Anschlüssen der Heizschaltung anzulegen. Ferner ist die Heizschaltung dazu ausgebildet, einen durch die Heizeinheit fließenden Betriebswechselstrom bereitzustellen, der eine Amplitude aufweist, die mit einem steigenden Betrag eines zwischen den zwei Anschlüssen vorhandenen und von einer Betriebswechselstromfrequenz abhängigen Gesamtblindwiderstandes der Heizschaltung monoton fällt. Weiterhin umfasst die Heizschaltung eine Energiespeichereinheit mit einem Energiespeicherelement, das sich während eines Beheizens der Komponente in der Komponente oder in Kontakt mit der Komponente befindet. Dabei ist die Energiespeichereinheit derartig ausgebildet, dass während des Beheizens der Komponente bei einer mittels des Spannungswandlers fest vorgegebenen Betriebswechselstromfrequenz oder eines mittels des Spannungswandlers in Abhängigkeit von einem von einer Temperatur der Komponente eingestellten Verlaufes der Betriebswechselstromfrequenz der Betrag des Gesamtblindwiderstandes mit der steigenden Temperatur der Komponente monoton steigt.According to the invention, a heater is provided for a windshield or rear window or mirror designed and attachable in or on a vehicle component. In this case, the heater can be connected to a voltage source and comprises a heating circuit with a heating unit having at least one ohmic resistance. Furthermore, the heating device is designed to provide an operating voltage applied between two terminals of the heating circuit for heating the component by means of an electrical power dropping at the heating unit when the voltage source is connected. The heater comprises a voltage converter which is designed to convert a voltage provided by the voltage source into an operating alternating voltage and to apply it between the two terminals of the heating circuit. Further, the heating circuit is configured to provide an operating alternating current flowing through the heating unit having an amplitude monotonically decreasing with an increasing amount of an overall reactive resistance of the heating circuit existing between the two terminals and being dependent on an operating alternating current frequency. Furthermore, the heating circuit comprises an energy storage unit with an energy storage element, which is located during heating of the component in the component or in contact with the component. In this case, the energy storage unit is designed such that during the heating of the component at a fixed by the voltage converter operating AC frequency or by means of the voltage converter in response to a set of a temperature of the component course of the AC operating frequency, the amount of the total reactive impedance monotonic with the rising temperature of the component increases.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Beheizen einer für eine als Windschutz- oder Heckscheibe oder Spiegel ausgebildeten und in oder an einem Fahrzeug anbringbaren Komponente mittels einer in einer Heizschaltung angeordneten Heizeinheit, die mindestens einen ohmschen Widerstand aufweist, bereitgestellt. Dabei wird zum Beheizen der Komponente mittels einer an der Heizeinheit abfallenden elektrischen Leistung eine zwischen zwei Anschlüssen der Heizschaltung anliegende Betriebsspannung bereitgestellt. Bei dem Verfahren erfolgt ein Bereitstellen eines durch die Heizeinheit fließenden Betriebswechselstroms, der eine Amplitude aufweist, die mit einem steigenden Betrag eines zwischen den zwei Anschlüssen vorhandenen und von einer Betriebswechselstromfrequenz abhängigen Gesamtblindwiderstandes der Heizschaltung monoton fällt. Dabei umfasst die Heizschaltung eine Energiespeichereinheit mit einem Energiespeicherelement, das sich während eines Beheizens der Komponente in der Komponente oder in Kontakt mit der Komponente befindet. Dabei ist die Energiespeichereinheit derartig ausgebildet, dass während des Beheizens der Komponente bei einer fest vorgegebenen Betriebswechselstromfrequenz oder eines in Abhängigkeit von einer Temperatur der Komponente eingestellten Verlaufes der Betriebswechselstromfrequenz der Betrag des Gesamtblindwiderstandes mit der steigenden Temperatur der Komponente monoton steigt.The invention further provides a method for heating a component designed as a windshield or rear window or mirror and mountable in or on a vehicle by means of a heating unit arranged in a heating circuit and having at least one ohmic resistance. In this case, an operating voltage present between two terminals of the heating circuit is provided for heating the component by means of an electrical power dropping at the heating unit. In the method, there is provided an operating alternating current flowing through the heating unit having an amplitude monotonically decreasing with an increasing amount of total blind resistance of the heating circuit existing between the two terminals and depending on an operating alternating current frequency. In this case, the heating circuit comprises an energy storage unit with an energy storage element, which is located during heating of the component in the component or in contact with the component. In this case, the energy storage unit is designed such that during the heating of the component at a fixed operating alternating current frequency or adjusted depending on a temperature of the component course of the operating alternating current frequency, the amount of the total reactance increases monotonously with the rising temperature of the component.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.
Vorzugsweise ist der Spannungswandler als Resonanzspannungswandler ausgebildet.Preferably, the voltage converter is designed as a resonant voltage converter.
Bei der Erfindung kann die Komponente bevorzugt als eine in einem Fahrzeug als Windschutz- oder Heckscheibe anbringbare Scheibe ausgebildet sein.In the invention, the component may preferably be formed as an attachable in a vehicle as a windshield or rear window disc.
Durch die erfindungsgemäße Heizung und das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Belastung der die Heizung mit elektrischer Energie versorgenden Spannungsquelle gesenkt. Dabei kann eine solche erfindungsgemäße Heizung beispielsweise mit der zu beheizenden Scheibe derartig verbunden sein, dass eine übliche Funktionalität der Scheibe nicht beeinträchtigt wird. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass eine mittels der Heizeinheit bei einem Beheizen der Komponente verbrauchte elektrische Energie bedarfsgerecht mittels eines Selbstregelungsmechanismus der erfindungsgemäßen Heizung in Abhängigkeit von Umweltbedingungen geregelt wird, ohne dass ein Fahrer eines Fahrzeuges eingreifen muss. Die Heizeinheit ist dabei als Verbraucher mit ohmschem Widerstandsverhalten ausgebildet. Solche Umweltbedingungen können eine Außentemperatur beziehungsweise eine bei einer niedrigen Außentemperatur vorkommende Vereisung der Scheibe sein. Der Selbstregelungsmechanismus der erfindungsgemäßen Heizung besteht darin, dass der Betrag des zwischen den zwei Anschlüssen der in der erfindungsgemäßen Heizung angeordneten Heizschaltung vorhandenen Gesamtblindwiderstandes der Heizschaltung bei steigender Temperatur der Komponente zunimmt. Bei der erfindungsgemäßen Heizung mit dem Selbstregelungsmechanismus kann weitgehend auf elektronische Schalt- und Regelkreise, die beispielsweise für die Realisierung eines Taktens herkömmlicher Scheibenheizungen eingesetzt werden, verzichtet werden. Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Heizung auch auf elektrische Steuerelemente zum Vorgeben einer festgelegten Betriebszeit der erfindungsgemäßen Heizung und auch auf Relais für Zu- und Abschaltung hoher Betriebsströme weitgehend verzichtet werden.The heating according to the invention and the method according to the invention reduce the load on the voltage source supplying the heating with electrical energy. In this case, such a heater according to the invention, for example, be connected to the disk to be heated such that a usual functionality of the disc is not affected. A significant advantage of the invention is that an electrical energy consumed by means of the heating unit when the component is heated is regulated as required by means of a self-regulating mechanism of the heating according to the invention as a function of environmental conditions without a driver of a vehicle having to intervene. The heating unit is designed as a consumer with ohmic resistance behavior. Such environmental conditions may be an outside temperature or an icing of the pane occurring at a low outside temperature. The self-regulation mechanism of the heater according to the invention is that the amount of existing between the two terminals of the arranged in the heater heating circuit according to the invention total blindness of the heating circuit increases with increasing temperature of the component. In the heating according to the invention with the self-regulating mechanism can be largely dispensed with electronic switching and control circuits, which are used for example for the realization of a clocking conventional disc heaters. Furthermore, in the heating according to the invention also electrical controls for specifying a fixed operating time of the heater according to the invention and also relays for connection and disconnection of high operating currents can be largely dispensed with.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Energiespeichereinheit derartig ausgebildet, dass während des Beheizens der Komponente bei der fest vorgegebenen Betriebswechselstromfrequenz der Betrag des Gesamtblindwiderstandes bei einem minimalen Temperaturwert der Temperatur der Komponente einen Wert von Null annimmt. Dabei steigt der Betrag des Gesamtblindwiderstandes bei Temperaturwerten der Temperatur der Komponente, die den minimalen Temperaturwert überschreiten, monoton mit der steigenden Temperatur der Komponente.In a preferred embodiment of the invention, the energy storage unit is designed such that, during the heating of the component at the fixed operating alternating current frequency, the amount of the total reactive resistance assumes a value of zero at a minimum temperature value of the temperature of the component. In this case, the amount of the total reactance at temperature values of the temperature of the component exceeding the minimum temperature value increases monotonically with the rising temperature of the component.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Energiespeichereinheit derartig ausgebildet, dass bei einem jeden in einem vordefinierten Temperaturwertbereich liegenden Temperaturwert der Temperatur der Komponente jeweils eine dem entsprechenden Temperaturwert zugeordnete und als Resonanzfrequenz bezeichnete Betriebswechselstromfrequenz mittels des Spannungswandlers einstellbar ist. Dabei ist jede Resonanzfrequenz mittels des Spannungswandlers derartig einstellbar, dass während des Beheizens der Komponente bei jeder eingestellten Resonanzfrequenz der Betrag des Gesamtblindwiderstandes bei dem der eingestellten Resonanzfrequenz zugeordneten Temperaturwert einen Wert von Null annimmt. Dabei steigt der Betrag des Gesamtblindwiederstandes bei Temperaturwerten der Temperatur der Komponente, die den der jeweils eingestellten Resonanzfrequenz zugeordneten Temperaturwert überschreiten, monoton mit der steigenden Temperatur der Komponente.In another preferred embodiment of the invention, the energy storage unit is designed such that at each temperature value of the component located in a predefined temperature value range, an operating alternating current frequency assigned to the corresponding temperature value and designated as the resonance frequency can be set by means of the voltage converter. In this case, each resonance frequency by means of the voltage converter is adjustable so that during the heating of the component at each set resonant frequency, the amount of the total reactance at the set resonance frequency associated temperature value assumes a value of zero. In this case, the amount of the total blind resistance at temperature values of the temperature of the component which exceed the temperature value assigned to the respective set resonance frequency increases monotonically with the rising temperature of the component.
Bevorzugt ist der Spannungswandler dazu ausgebildet, vor oder zu einem Beginn des Beheizens der Komponente die dem Temperaturwert der Temperatur der Komponente zugeordnete Resonanzfrequenz einzustellen und während des Beheizens der Komponente vorzugsweise die vor oder zu dem Beginn des Beheizens eingestellte Resonanzfrequenz bereitzustellen. Weiter bevorzugt ist der Spannungswandler dazu ausgebildet, während einer dem Beginn des Beheizens folgenden ersten Phase des Beheizens der Komponente die dem Temperaturwert der Temperatur der Komponente zugeordneten Resonanzfrequenz jeweils einzustellen und während einer der ersten Phase unmittelbar folgenden zweiten Phase des Beheizens die zuletzt während der ersten Phase eingestellte Resonanzfrequenz bereitzustellen. Preferably, the voltage converter is designed to set the resonant frequency associated with the temperature value of the component temperature before or at the beginning of the heating of the component, and preferably to provide the resonant frequency set before or at the beginning of the heating during the heating of the component. More preferably, the voltage converter is designed to adjust during each of the first phase of the heating of the component following the beginning of the heating the resonant frequency associated with the temperature value of the component and the last during the first phase during the first phase of the first phase following the first phase to provide adjusted resonant frequency.
Bei einer sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Energiespeicherelement ein erstes kapazitives Element mit mindestens einem ersten Kondensator, der jeweils einen Kapazitätswert aufweist, der mit einer weiteren steigenden Temperatur des mindestens einen ersten Kondensators monoton steigt oder monoton fällt. Dabei ist während des Beheizens der Komponente die weitere Temperatur jedes ersten Kondensators gleich mit der Temperatur der Komponente. Weist das erste kapazitive Element mehrere erste Kondensatoren auf, so sind die mehreren ersten Kondensatoren derartig vorgesehen, dass ein Kapazitätswert des ersten kapazitiven Elementes mit der weiteren steigenden Temperatur monoton steigt oder monoton fällt.In a very advantageous embodiment of the invention, the first energy storage element is a first capacitive element having at least one first capacitor, each having a capacitance value which rises monotonically with a further rising temperature of the at least one first capacitor. In this case, during the heating of the component, the further temperature of each first capacitor is equal to the temperature of the component. If the first capacitive element has a plurality of first capacitors, then the plurality of first capacitors are provided such that a capacitance value of the first capacitive element increases monotonically with the further rising temperature or falls monotonically.
Vorzugsweise umfasst jeder erste Kondensator mindestens ein Dielektrikum, das zwischen zwei Elektroden des entsprechenden ersten Kondensators angeordnet ist und eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die mit der weiteren steigenden Temperatur des entsprechenden ersten Kondensators monoton steigt oder monoton fällt.Preferably, each first capacitor comprises at least one dielectric, which is arranged between two electrodes of the corresponding first capacitor and has a dielectric constant which increases monotonically with the further rising temperature of the corresponding first capacitor.
Bei einer anderen sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Heizschaltung eine erste Reihenschaltung auf, welche die Heizeinheit, das erste kapazitive Element und bevorzugt ein in der Energiespeichereinheit angeordnetes erstes induktives Element mit mindestens einer ersten Spule umfasst. Bevorzugt ist die erste Reihenschaltung an die zwei Anschlüsse der Heizschaltung angeschlossen.In another very advantageous embodiment of the invention, the heating circuit has a first series circuit which comprises the heating unit, the first capacitive element and preferably a first inductive element arranged in the energy storage unit with at least one first coil. Preferably, the first series circuit is connected to the two terminals of the heating circuit.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Heizschaltung einen Empfängerstromkreis und einen Senderstromkreis. Dabei weist der Empfängerstromkreis die erste Reihenschaltung auf. Bevorzugt ist ein Ende der ersten Reihenschaltung mit einem weiteren Ende der ersten Reihenschaltung direkt verbunden. Ferner umfasst der Senderstromkreis eine zweite Reihenschaltung, welche an die zwei Anschlüsse der Heizschaltung angeschlossen ist und ein in der Energiespeichereinheit angeordnetes zweites induktives Element mit mindestens einer zweiten Spule und bevorzugt auch ein in der Energiespeichereinheit angeordnetes zweites kapazitives Element mit mindestens einem zweiten Kondensator umfasst. Weiterhin sind die mindestens eine erste Spule des ersten induktiven Elementes und die mindestens eine zweite Spule des zweiten induktiven Elementes beim Beheizen der Komponente derartig zueinander positioniert, dass bei angeschlossener Spannungsquelle eine induktive Übertragung von elektrischer Energie zwischen der mindestens einen ersten Spule und der mindestens einen zweiten Spule berührungslos erfolgt. In a further very advantageous embodiment of the invention, the heating circuit comprises a receiver circuit and a transmitter circuit. In this case, the receiver circuit to the first series circuit. Preferably, one end of the first series circuit is directly connected to another end of the first series circuit. Furthermore, the transmitter circuit comprises a second series circuit, which is connected to the two terminals of the heating circuit and arranged in the energy storage unit second inductive element having at least a second coil and preferably also in the energy storage unit arranged second capacitive element with at least one second capacitor. Furthermore, when the component is heated, the at least one first coil of the first inductive element and the at least one second coil of the second inductive element are positioned relative to one another such that when the voltage source is connected an inductive transmission of electrical energy between the at least one first coil and the at least one second coil Coil is non-contact.
Bei der Erfindung bilden der Sender- und der Empfängerstromkreis der erfindungsgemäßen Heizung vorzugsweise einen elektrischen Reihenschwingkreis. Bevorzugt umfasst der mindestens eine erste Kondensator eine oder mehrere dielektrische dünne Schichten, die jeweils eine temperaturabhängige Dielektrizitätskonstante aufweisen. Weiter bevorzugt sind die mindestens eine erste Spule und die mindestens eine zweite Spule jeweils in flacher Form, beispielsweise als dünne Kupferschichten, ausgebildet. In the invention, the transmitter and the receiver circuit of the heater according to the invention preferably form an electrical series resonant circuit. Preferably, the at least one first capacitor comprises one or more dielectric thin layers, each having a temperature-dependent dielectric constant. More preferably, the at least one first coil and the at least one second coil are each formed in a flat form, for example as thin copper layers.
Bevorzugt sind die Spannungsquelle, der Empfängerstromkreis und der Senderstromkreis innerhalb des Fahrzeuges angeordnet. Preferably, the voltage source, the receiver circuit and the transmitter circuit are arranged inside the vehicle.
Bei der Erfindung kann die elektrische Energie zur Versorgung der erfindungsgemäßen Heizung energetisch günstig aus einer als Fahrzeugbordnetz ausgebildeten Spannungsquelle entnommen werden.In the invention, the electrical energy for supplying the heater according to the invention can be taken from a low energy as a vehicle electrical system power source.
Weiter bevorzugt sind der Empfängerstromkreis innerhalb des Fahrzeuges und die Spannungsquelle und der Senderstromkreis außerhalb des Fahrzeuges angeordnet. Dabei ist die Spannungsquelle vorzugsweise als eine von dem Fahrzeugbordnetz unabhängige Energiequelle ausgebildet. Bei der Erfindung kann folglich die erfindungsgemäße Heizung energetisch günstig bevorzugt auch von außerhalb des Fahrzeuges, beispielsweise durch eine Netzversorgung, betrieben werden.More preferably, the receiver circuit within the vehicle and the voltage source and the transmitter circuit are arranged outside the vehicle. In this case, the voltage source is preferably designed as an independent from the vehicle electrical system power source. In the invention, therefore, the heater according to the invention can be energetically favorably also operated from outside the vehicle, for example by a mains supply.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass eine Übertragung der elektrischen Energie zur Versorgung der erfindungsgemäßen Heizung bevorzugt berührungslos erfolgt, das heißt, ohne dass elektrische Leitungen vom Innenraum oder von außerhalb einer Fahrzeugkarosserie in die Scheibe geführt werden müssen.An advantage of the invention is that a transmission of the electrical energy to supply the heater according to the invention preferably takes place without contact, that is, without electrical lines from the interior or from outside a vehicle body must be performed in the disc.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist, dass parallel zu einem Betrieb der erfindungsgemäßen Heizung beispielsweise eine Fahrzeugbordnetzbatterie aufgeladen oder weitere Fahrzeugbordnetzverbraucher betrieben werden können. Dies ist nur möglich, da die sich im Betrieb befindliche erfindungsgemäße Heizung das Fahrzeugbordnetz nicht oder nicht zu stark belastet.Another advantage of the invention is that parallel to an operation of the heater according to the invention, for example, a vehicle electrical system battery charged or other vehicle electrical system consumers can be operated. This is only possible because the heater in operation according to the invention does not or not too heavily loaded the vehicle electrical system.
Vorzugsweise ist ein Betrag eines zwischen den zwei Anschlüssen vorhandenen Gesamtwechselstromwiderstandes der Heizschaltung eine pythagoreische Summe zwischen einem zwischen den zwei Anschlüssen vorhandenen Gesamtwirkwiderstand der Heizschaltung und dem zwischen den zwei Anschlüssen vorhandenen Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung. Dabei ist der Gesamtwirkwiderstand von einem Widerstandswert jedes Widerstandes der Heizeinheit abhängig. Weiterhin ist der Gesamtblindwiderstand neben der Betriebswechselstromfrequenz auch von einem Kapazitätswert eines jeden Kondensators der Energiespeichereinheit und/oder von einem Induktivitätswert einer jeden Spule der Energiespeichereinheit abhängig. Ferner fällt die Amplitude des Betriebswechselstroms monoton mit dem steigenden Betrag des Gesamtwechselstromwiderstandes.Preferably, an amount of total AC resistance of the heating circuit present between the two terminals is a Pythagorean sum between a total resistance of the heating circuit existing between the two terminals and the total reactive resistance of the heating circuit present between the two terminals. In this case, the total resistance depends on a resistance value of each resistance of the heating unit. Furthermore, in addition to the operating alternating current frequency, the total reactive resistance is also dependent on a capacitance value of each capacitor of the energy storage unit and / or on an inductance value of each coil of the energy storage unit. Further, the amplitude of the operating AC current monotonically decreases with the increasing amount of the total AC resistance.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Für gleiche Komponenten und Parameter werden jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet. Jede Komponente und jeder Parameter werden jeweils einmalig eingeführt und bei Wiederholung jeweils als schon bekannt behandelt, unabhängig davon, auf welche Zeichnung oder auf welches Ausführungsbeispiel sich ein jeweils entsprechender Beschreibungsteil, in dem die entsprechende Komponente oder der entsprechende Parameter wiederholt vorkommt, bezieht. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components and parameters. Each component and each parameter are each introduced once and treated as repetitive in each case as already known, regardless of which drawing or on which embodiment, a respective corresponding part of the description, in which the corresponding component or the corresponding parameter occurs repeatedly relates. In the drawings:
1 eine Vorderansicht einer Windschutzscheibe 100, an der eine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Heizung 110 angebracht ist, 1 a front view of a windshield 100 on which a heater formed according to a first embodiment of the invention 110 is appropriate,
2 ein Ersatzschaltbild einer Heizschaltung der in der 1 dargestellten Heizung, 2 an equivalent circuit diagram of a heating circuit in the 1 shown heating,
3 ein Ablaufdiagramm eines mittels der in der 1 dargestellten Heizung 110 durchführbaren Verfahrens, 3 a flowchart of a means of in the 1 shown heater 110 feasible procedure,
4 drei Verläufe von relativen Kapazitäten von drei jeweils als erster Kondensator der in der 1 dargestellten Heizung verwendbaren Kondensatoren, wobei diese drei Verläufe jeweils in Abhängigkeit von einer Temperatur des entsprechenden Kondensators dargestellt sind, 4 three gradients of relative capacitances of three each as the first capacitor in the 1 illustrated heaters usable capacitors, these three courses are each shown in dependence on a temperature of the corresponding capacitor,
5 ein in Abhängigkeit von einer Temperatur der in der 1 dargestellten Windschutzscheibe dargestellter Verlauf einer normierten Amplitude eines durch eine Heizeinheit der in der 1 dargestellten Heizung fließenden Betriebswechselstroms, wobei ein hier als erster Kondensator der in der 1 dargestellten Heizung verwendeter Kondensator einen temperaturabhängigen Kapazitätswert mit einem positiven Temperaturgradienten aufweist, 5 a function of a temperature in the 1 illustrated windshield course of a normalized amplitude of a heating unit in the 1 illustrated heating flowing AC operating current, with a here as the first capacitor in the 1 illustrated condenser has a temperature-dependent capacitance value with a positive temperature gradient,
6 ein in Abhängigkeit von einer Temperatur der in der 1 dargestellten Windschutzscheibe dargestellter Verlauf einer Amplitude eines durch die Heizeinheit der in der 1 dargestellten Heizung fließenden Betriebswechselstroms und ein in Abhängigkeit von einer Temperatur der in der 1 dargestellten Windschutzscheibe dargestellter Verlauf eines Kapazitätswertes eines als erster Kondensators der in der 1 dargestellten Heizung verwendeten Kondensators, wobei der hier als erster Kondensator der in der 1 dargestellten Heizung verwendete Kondensator einen temperaturabhängigen Kapazitätswert mit einem negativen Temperaturgradienten aufweist, 6 a function of a temperature in the 1 illustrated windshield course of an amplitude of a through the heating unit in the 1 illustrated heating flowing AC operating current and a function of a temperature in the 1 illustrated windshield history of a capacitance value of a first capacitor in the 1 used heater shown capacitor, the here as the first capacitor in the 1 capacitor used has a temperature-dependent capacitance value with a negative temperature gradient,
7 eine Seitenansicht der in der 1 dargestellten Windschutzscheibe 100, an der eine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Heizung 111 zum Beheizen der Windschutzscheibe 100 angebracht ist. 7 a side view of the in the 1 illustrated windshield 100 to which a heater formed according to a second embodiment of the invention 111 for heating the windshield 100 is appropriate.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
1 zeigt eine Vorderansicht einer in einem Fahrzeug (nicht dargestellt) anbringbaren oder angebrachten Windschutzscheibe 100, an der eine gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Heizung 110 angebracht ist. Die Heizung 110 ist zum Beheizen der Windschutzscheibe 100 vorgesehen. 1 shows a front view of an attachable or mounted in a vehicle (not shown) windshield 100 to which a heater constructed according to a first embodiment of the invention 110 is appropriate. The heating system 110 is for heating the windshield 100 intended.
Die Heizung 110 ist über einen Netzanschluss 300 an eine Spannungsquelle (nicht dargestellt) anschließbar. Die Heizung 110 umfasst einen Spannungswandler (AC/DC/AC- oder DC/DC/AC-Wandler) 200, der bevorzugt in einem Resonanzbetrieb betreibbar ist, und eine Heizschaltung 500. The heating system 110 is via a network connection 300 to a voltage source (not shown) connectable. The heating system 110 includes a voltage converter (AC / DC / AC or DC / DC / AC converter) 200 which is preferably operable in a resonance mode, and a heating circuit 500 ,
Der Spannungswandler 200 ist dazu ausgebildet, eine von der an die Heizung 110 angeschlossenen Spannungsquelle bereitgestellte Spannung in eine Betriebswechselspannung umzuwandeln und diese zwischen zwei Anschlüssen 501, 502 der Heizschaltung 500 anzulegen. The voltage converter 200 is designed to be one from the to the heater 110 connected voltage source to convert an operating AC voltage and this between two terminals 501 . 502 the heating circuit 500 to apply.
Die Heizschaltung 500 umfasst einen Empfängerstromkreis mit einer ersten Reihenschaltung, die eine Heizeinheit 3 mit mindestens einem ohmschen Wiederstand, ein erstes induktives Element mit mindestens einer ersten Spule 1A, ein erstes kapazitives Element mit mindestens einem ersten Kondensator 2A und ein Zusatzelement 4, das ein Temperatursensor und einen Stromunterbrecher umfasst. Ferner umfasst die Heizschaltung 500 einen Senderstromkreis mit einer zweiten Reihenschaltung, die ein zweites induktives Element mit mindestens einer zweiten Spule 1B und ein zweites kapazitives Element mit mindestens einem zweiten Kondensator 2B aufweist und an die zwei Anschlüsse 501, 502 der Heizschaltung 500 angeschlossen ist. Der Senderstromkreis ist über die zwei Anschlüsse 501, 502 an den Spannungswandler 200 angeschlossen. Die zwei Spulen 1A, 1B und die zwei Kondensatoren 2A, 2B bilden zusammen eine Energiespeichereinheit der Heizschaltung 500, die in der 1 nicht explizit gekennzeichnet ist.The heating circuit 500 comprises a receiver circuit having a first series connection, which is a heating unit 3 with at least one ohmic resistance, a first inductive element with at least one first coil 1A , a first capacitive element having at least a first capacitor 2A and an additional element 4 which includes a temperature sensor and a circuit breaker. Furthermore, the heating circuit comprises 500 a transmitter circuit having a second series circuit comprising a second inductive element having at least one second coil 1B and a second capacitive element having at least a second capacitor 2 B and to the two ports 501 . 502 the heating circuit 500 connected. The transmitter circuit is via the two connections 501 . 502 to the voltage converter 200 connected. The two coils 1A . 1B and the two capacitors 2A . 2 B together form an energy storage unit of the heating circuit 500 in the 1 is not explicitly marked.
Zu Vereinfachungszwecken wird im Folgenden die Funktionsweise der Heizung 110 hauptsächlich anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem die Heizschaltung 500 eine einzelne erste Spule 1A, eine einzelne zweite Spule 1B, einen einzelnen ersten Kondensator 2A und einen einzelnen zweiten Kondensator 2B aufweist. Ansonsten wird auf eine davon abweichende Ausbildungsart der Heizschaltung 500 explizit hingewiesen.For the sake of simplicity, the operation of the heater will be described below 110 described mainly by means of an example in which the heating circuit 500 a single first coil 1A , a single second coil 1B , a single first capacitor 2A and a single second capacitor 2 B having. Otherwise, on a deviating training of the heating circuit 500 explicitly noted.
Die Heizschaltung 500 ist bei der ersten Ausführungsform der Erfindung in Form eines aus dem Senderstromkreis und dem Empfängerstromkreis ausgebildeten Schwingkreises vorgesehen. Der Senderstromkreis und der Empfängerstromkreis werden für eine induktive Übertragung von elektrischer Energie in der Heizung 110 eingesetzt. Die zwei Spulen 1A, 1B und die zwei Kondensatoren 2A, 2B des Schwingkreises weisen bei Vorliegen der Betriebswechselspannung frequenzabhängige Wechselstromwiderstände auf. Wird die Heizeinheit 3 an den Empfängerstromkreis angeschlossen, so weist diese aufgrund ihres ohmschen Verhaltens einen ohmschen Innenwiderstand auf, der bei Vorliegen der Betriebswechselspannung einen frequenzunabhängigen Wechselstromwiderstand darstellt.The heating circuit 500 is provided in the first embodiment of the invention in the form of a formed from the transmitter circuit and the receiver circuit resonant circuit. The transmitter circuit and the receiver circuit are used for inductive transmission of electrical energy in the heater 110 used. The two coils 1A . 1B and the two capacitors 2A . 2 B of the resonant circuit have frequency-dependent AC resistances when the AC operating voltage is present. Will the heating unit 3 connected to the receiver circuit, so this has an ohmic internal resistance due to their ohmic behavior, which represents a frequency-independent AC resistance in the presence of the AC operating voltage.
Die Heizung 110 kann zum Beheizen einer Windschutzscheibe 100 oder einer Heckscheibe in dem Fahrzeug (nicht dargestellt), in dem die Windschutzscheibe 100 oder die Heckscheibe eingebaut ist, integriert sein. Ist die Heizung 110 zum Beheizen der Windschutzscheibe 100 im Fahrzeug integriert, so befinden sich der Netzanschuss 300, der Spannungswandler 200, die zwei Spulen 1A, 1B, die zwei Kondensatoren 2A, 2B und das Zusatzelement 4 vorzugsweise auf einer Beifahrerseite.The heating system 110 can be used to heat a windshield 100 or a rear window in the vehicle (not shown) in which the windshield 100 or the rear window is built-in, integrated. Is the heater 110 for heating the windshield 100 integrated in the vehicle, so are the Netzanschuss 300 , the voltage converter 200 that have two coils 1A . 1B that have two capacitors 2A . 2 B and the additional element 4 preferably on a passenger side.
In der Windschutzscheibe 100 sind die erste Spule 1A und der an diese angeschlossene erste Kondensator 2A des Empfängerstromkreises eingelassen. Der erste Kondensator 2A weist einen stark temperaturabhängigen Kapazitätswert auf. Der erste Kondensator 2A kann als fertig beziehbarer Kondensator oder als geeignete Anordnung von dielektrischen Folien mit stark temperaturabhängigen Dielektrizitätskonstanten ausgebildet sein. Die dielektrischen Folien können wiederum beispielsweise in einer zusätzlichen Glasmasse (nicht dargestellt) eingeschlossen sein. Die dielektrischen Folien sind bevorzugt transparent. Ferner ist die zusätzliche Glasmasse bevorzugt transparent. Die dielektrischen Folien können gefaltet, gerollt oder ähnlich angeordnet sein, um bei kleiner Bauform eine hohe Oberfläche von beispielsweise mehreren Quadratzentimetern und damit einen hohen Kapazitätswert eines daraus gebildeten und als erster Kondensator 2A verwendeten Kondensators bereitzustellen. Die dielektrischen Folien sind leitfähig beschichtet, so dass diese Elektroden umfassen, die mit einem elektrischen Stromkreis verbunden werden können. In the windshield 100 are the first coil 1A and the first capacitor connected to it 2A embedded in the receiver circuit. The first capacitor 2A has a strong temperature-dependent capacitance value. The first capacitor 2A may be formed as a ready-to-use capacitor or as a suitable arrangement of dielectric films having high temperature-dependent dielectric constants. The dielectric foils, in turn, may for example be enclosed in an additional glass mass (not shown). The dielectric films are preferably transparent. Furthermore, the additional glass composition is preferably transparent. The dielectric foils can be folded, rolled or arranged in a similar manner, in order to have a high surface area of, for example, several square centimeters, and thus a high capacitance value of a capacitor formed therefrom and in the form of a first capacitor 2A used to provide capacitor. The dielectric films are conductively coated to include electrodes that can be connected to an electrical circuit.
Jede Spule 1A, 1B ist vorzugsweise aus leitfähiger Folie oder dünnem leitfähigem Draht ausgebildet, insbesondere gewickelt und kann Materialien zur Bündelung eines Magnetfelds, wie beispielsweise Ferrite oder Metalle umfassen. Jede Spule 1A, 1B kann unterschiedliche geometrische Formen aufweisen und rechteckig oder in Form einer sich in einer einzelnen Ebene erstreckenden Acht ausgebildet sein. Every coil 1A . 1B is preferably formed of conductive foil or thin conductive wire, in particular wound, and may include materials for focusing a magnetic field, such as ferrites or metals. Every coil 1A . 1B may have different geometric shapes and be rectangular or in the form of an eight extending in a single plane.
Die in der Heizschaltung 500 vorhandenen Spulen 1A, 1B und Kondensatoren 2A, 2B sind vorzugsweise hintereinander und, wenn die Windschutzscheibe 100 in dem Fahrzeug eingebaut ist, bevorzugt auch auf einer einem Innenraum des Fahrzeuges zugewandten Seite der Windschutzscheibe 100 angeordnet, um möglichst wenig Platz einzunehmen und so eine Sicht eines Fahrers nicht zu stören.The in the heating circuit 500 existing coils 1A . 1B and capacitors 2A . 2 B are preferably one behind the other and, if the windshield 100 is installed in the vehicle, preferably also on an interior of the vehicle facing side of the windshield 100 arranged so as to occupy as little space as possible and so as not to disturb a driver's view.
Jede Spule 1A, 1B hat vorzugsweise einen Durchmesser von wenigen Zentimetern. Bei einer solchen Größe der zwei Spulen 1A, 1B lässt sich ohne weiteres elektrische Energie mit einer Leistung von beispielsweise 100 bis 300 Watt mit hohem Wirkungsgrad übertragen.Every coil 1A . 1B preferably has a diameter of a few centimeters. With such a size of the two coils 1A . 1B can be easily electrical energy with a power of, for example 100 to 300 Transmit watts with high efficiency.
In Deutschland können die zwei Spulen 1A, 1B beispielsweise hinter einem auf der Windschutzscheibe 100 vorhandenen Aufkleber für die Umweltzone besonders unauffällig aufgebracht werden, der sich gemäß diesbezüglichen Richtlinien im unteren Teil der Windschutzscheibe 100 auf der Beifahrerseite befindet.In Germany, the two coils 1A . 1B for example behind one on the windshield 100 existing stickers for the environmental zone to be applied inconspicuously, according to the relevant guidelines in the lower part of the windshield 100 located on the passenger side.
Der in dem Zusatzelement 4 angeordnete Temperatursensor kann für eine Überwachung einer Temperatur der Windschutzscheibe 100 eingesetzt werden. Der in dem Zusatzelement 4 angeordnete Stromunterbrecher kann für eine Abschaltung eines bei Vorliegen der Betriebswechselspannung durch die Heizeinheit 3 beziehungsweise durch den Empfängerstromkreis fließenden Betriebswechselstromes, insbesondere wenn dieser eine zu hohe Amplitude aufweist, eingesetzt werden.The in the additional element 4 arranged temperature sensor can be used for monitoring a temperature of the windshield 100 be used. The in the additional element 4 arranged circuit breaker can be for a shutdown of one in the presence of the AC operating voltage by the heating unit 3 or by the receiver circuit operating current alternating current, in particular if it has too high an amplitude, are used.
Der Senderstromkreis kann außerhalb des Fahrzeuges angeordnet sein und mittels einer von dem Fahrzeugbordnetz unabhängigen und als die Spannungsquelle dienende Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt werden. In einem solchen Fall, ist auch der Spannungswandler 200 entsprechend außerhalb des Fahrzeuges angeordnet. Optional können in diesem Fall der Senderstromkreis und der Spannungswandler 200 lösbar mit der Windschutzscheibe 100 verbunden sein.The transmitter circuit can be arranged outside the vehicle and can be supplied with electrical energy by means of a power source independent of the vehicle electrical system and serving as the voltage source. In such a case, is also the voltage transformer 200 arranged accordingly outside the vehicle. Optionally, in this case, the transmitter circuit and the voltage converter 200 detachable with the windshield 100 be connected.
Der Senderstromkreis kann auch innerhalb des Fahrzeuges angeordnet sein und mittels eines als die Spannungsquelle dienenden Fahrzeugbordnetzes mit elektrischer Energie versorgt werden. In einem solchen Fall sind der Senderstromkreis und der Spannungswandler 200 im Fahrzeug bevorzugt in einer Verkleidung von A-Säulen oder in einem Handschuhfach angeordnet. Der Senderstromkreis ist vorzugsweise permanent mit der Windschutzscheibe 100 derartig verbunden, dass sich die erste Spule 1A des Empfängerstromkreises und die zweite Spule 1B des Senderstromkreises überdecken. The transmitter circuit may also be arranged inside the vehicle and be supplied with electrical energy by means of a vehicle electrical system serving as the voltage source. In such a case, the transmitter circuit and the voltage converter 200 in the vehicle preferably arranged in a panel of A-pillars or in a glove box. The transmitter circuit is preferably permanent with the windshield 100 connected such that the first coil 1A of the receiver circuit and the second coil 1B cover the transmitter circuit.
Die erste Spule 1A des Empfängerstromkreises und die zweite Spule 1B des Senderstromkreises werden in Überdeckung gebracht und durch Halteelemente, die beispielsweise als Permanentmagnete oder Saugnäpfe ausgebildet sind, fixiert. The first coil 1A of the receiver circuit and the second coil 1B the transmitter circuit are brought into coincidence and fixed by holding elements, which are formed for example as permanent magnets or suction cups.
Sind die zwei Spulen 1A, 1B in Überdeckung gebracht, so kann die Heizung 110 an das Fahrzeugbordnetz oder an die vom Fahrzeugbordnetz unabhängige und bevorzugt als öffentliches Versorgungsnetz ausgeführte Energiequelle angeschlossen und unter Verwendung des Spannungswandlers 200 mit der mittels des Fahrzeugbordnetzes oder der Energiequelle bereitgestellten Spannung versorgt werden. Dadurch stellen sich in dem aus dem Empfängerstromkreis und dem Senderstromkreis ausgebildeten Schwingkreis der Heizung 110 die Betriebswechselspannung und der Betriebswechselstrom ein, die jeweils einen sinusförmigen Verlauf mit gleicher Frequenz aufweisen. Dabei wird elektrische Energie mittels der zwei Spulen 1A, 1B induktiv über eine Übertragungsstrecke 400 vom Senderstromkreis zum Empfängerstromkreis transportiert. Are the two coils 1A . 1B brought into coincidence, so can the heater 110 connected to the vehicle electrical system or to the vehicle electrical system independent and preferably designed as a public utility power source and using the voltage converter 200 be supplied with the voltage provided by the vehicle electrical system or the power source. As a result, set in the trained from the receiver circuit and the transmitter circuit resonant circuit of the heater 110 the AC operating voltage and the AC operating current, each having a sinusoidal waveform with the same frequency. This is electrical energy by means of the two coils 1A . 1B inductively via a transmission path 400 transported from the transmitter circuit to the receiver circuit.
Ferner ist der die Heizschaltung 500 darstellende Schwingkreis durch eine Wahl der Frequenz und eine Wahl der zwei Spulen 1A, 1B und der zwei Kondensatoren 2A, 2B so konfiguriert, dass ein zwischen den zwei Anschlüssen 501, 502 der Heizschaltung 500 vorhandener Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung 500, der von den Wechselstromwiderständen der zwei Spulen 1A, 1B und der zwei Kondensatoren 2A, 2B abhängig ist, einen Wert von Null annehmen kann. Dies ist vorzugsweise so umgesetzt, dass der Gesamtblindwidersand der Heizschaltung 500 bei einer niedrigsten zu erwartenden Temperaturwert einer Außentemperatur und damit einer Temperatur der zu beheizenden Windschutzscheibe 100 von beispielsweise –55° C den Wert von Null annimmt. In der Heizschaltung 500 ist bei Vorliegen des den Wert von Null aufweisenden Gesamtblindwiderstandes der Heizschaltung 500 nur noch ein frequenzunabhängiger und aufgrund der in dem Empfängerstromkreis vorhandenen Heizeinheit 3 zwischen den zwei Anschlüssen 501, 502 der Heizschaltung 500 vorhandener Gesamtwirkwiderstand der Heizung 110 wirksam, so dass eine über die Heizeinheit 3 abfallende elektrische Leistung ihr Maximum erreicht.Furthermore, this is the heating circuit 500 performing resonant circuit by a choice of frequency and a choice of two coils 1A . 1B and the two capacitors 2A . 2 B configured to be one between the two ports 501 . 502 the heating circuit 500 existing total reactance of the heating circuit 500 that of the AC resistances of the two coils 1A . 1B and the two capacitors 2A . 2 B is dependent, can assume a value of zero. This is preferably implemented so that the Gesamtblindwidersand the heating circuit 500 at a lowest expected temperature value of an outside temperature and thus a temperature of the windshield to be heated 100 For example, the value of zero assumes -55 ° C. In the heating circuit 500 is in the presence of the value of zero total blindness of the heating circuit 500 only one frequency independent and due to the existing in the receiver circuit heating unit 3 between the two connections 501 . 502 the heating circuit 500 existing overall resistance of the heater 110 effective, allowing one over the heating unit 3 declining electrical power reaches its maximum.
Wird die Windschutzscheibe 100 mittels des Betriebswechselstromes allmählich erhitzt, so ändert sich ein Kapazitätswert des sich in der Windschutzscheibe 100 befindlichen ersten Kondensators 2A. Der Kapazitätswert des ersten Kondensators 2A kann sich beispielsweise um bis zu 20% ändern, wodurch sich auch der zwischen den zwei Anschlüssen 501, 502 der Heizschaltung 500 vorhandene Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung 500 ändert. Die genannte Änderung des Kapazitätswerts des ersten Kondensators 2A führt dazu, dass der Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung 500 einen von Null unterschiedlichen Wert annimmt und eine Begrenzung für die Amplitude des Betriebswechselstroms darstellt. Dadurch wird die an der Heizeinheit 3 abfallende elektrische Leistung reduziert. Je wärmer die Windschutzscheibe 100 wird, desto kleiner wird die Amplitude des Betriebswechselstromes. Kühlt sich die Windschutzscheibe 100 wieder ab, so erhöht sich der Betriebswechselstrom wieder, usw. Dadurch wird ein Selbstregelungsmechanismus der Heizung 110 bereitgestellt. Will the windshield 100 Gradually heated by the AC operating current, a capacitance value changes in the windshield 100 located first capacitor 2A , The capacitance value of the first capacitor 2A For example, it can change by up to 20%, which also changes between the two ports 501 . 502 the heating circuit 500 existing total reactive resistance of the heating circuit 500 changes. The said change in the capacitance value of the first capacitor 2A causes the total reactive resistance of the heating circuit 500 assumes a value different from zero and represents a limit for the amplitude of the operating alternating current. This will turn on the heating unit 3 declining electrical power reduced. The warmer the windscreen 100 becomes, the smaller the amplitude of the operating alternating current. Cools the windshield 100 again, so the operating alternating current increases again, etc. This is a self-regulating mechanism of the heating 110 provided.
Es sei darauf hingewiesen, dass eine mögliche Änderung des ohmschen Innenwiderstandes der Heizeinheit 3 als Funktion der Temperatur der Windschutzscheibe 100 in die Auslegung der Heizung 110 mit einbezogen werden kann. Eine bei steigender Temperatur der Windschutzscheibe 100 vorkommende Änderung des Kapazitätswertes des ersten Kondensators 2A und ein damit verbundener Anstieg eines Betrages des Gesamtblindwiderstandes der Heizschaltung 500 bewirken eine Änderung des Gesamtwechselstromwiderstandes der Heizschaltung 500. Diese Änderung des Betrages des Gesamtwechselstromwiderstandes überwiegt jedoch gegenüber einer durch die Heizeinheit 3 hervorgerufenen Änderung des Betrages des Gesamtwechselstromwiderstandes der Heizschaltung 500. Das bedeutet, dass der in dem Empfängerstromkreis angeordnete erste Kondensator 2A die Änderung des Betrages des Gesamtwechselstromwiderstandes der Heizschaltung 500 bestimmt. Ist der erste Kondensator 2A als Anordnung von dielektrischen Folien ausgebildet, so wird die bei steigender Temperatur der Windschutzscheibe 100 vorkommende Änderung des Kapazitätswertes des ersten Kondensators 2A durch eine Änderung der Dielektrizitätskonstanten der dielektrischen Folien der genannten Anordnung hervorgerufen.It should be noted that a possible change in the ohmic internal resistance of the heating unit 3 as a function of the temperature of the windshield 100 in the design of the heater 110 can be involved. One with increasing temperature of the windshield 100 occurring change in the capacitance value of the first capacitor 2A and an associated increase in an amount of the total reactive resistance of the heating circuit 500 cause a change in the total AC resistance of the heating circuit 500 , However, this change in the amount of the total AC resistance outweighs one through the heating unit 3 caused change in the amount of the total AC resistance of the heating circuit 500 , This means that the first capacitor arranged in the receiver circuit 2A the change of the amount of the total AC resistance of the heating circuit 500 certainly. Is the first capacitor 2A formed as an array of dielectric films, so is the temperature of the windshield 100 occurring change in the capacitance value of the first capacitor 2A caused by a change in the dielectric constant of the dielectric films of said arrangement.
Vorzugsweise ist mittels des Spannungswandlers 200 ein Schwingverhalten eines die Heizschaltung 500 darstellenden Schwingkreises, der aus dem Empfängerstromkreis und dem Senderstromkreis ausgebildet ist, vorgebbar. Ein solches Schwingverhalten ist beispielsweise durch eine Einstellung der Frequenz der mittels des Spannungswandlers 200 bereitstellbaren Betriebswechselspannung vorgebbar.Preferably, by means of the voltage converter 200 a vibration behavior of the heating circuit 500 performing resonant circuit, which is formed from the receiver circuit and the transmitter circuit, predetermined. Such a vibration behavior is, for example, by adjusting the frequency of the means of the voltage converter 200 Provable AC operating voltage specified.
2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild des Schwingkreises, der die Heizschaltung 500 der gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Heizung 110 darstellt und entsprechend aus dem Empfängerstromkreis und dem zwischen die zwei Anschlüsse 501, 502 angeschlossenen Senderstromkreis ausgebildet ist. Das Ersatzschaltbild ist in Form eines zwischen die zwei Anschlüsse 501, 502 der Heizschaltung 500 angeschlossenen Reihenschwingkreises 30 dargestellt und umfasst eine Ersatzspule 1 als Stellvertreter für die Spulen 1A, 1B der Heizschaltung 500, einen Ersatzkondensator 2 als Stellvertreter für die Kondensatoren 2A, 2B der Heizschaltung 500 und einen ohmschen Ersatzwiderstand 31 als Stellvertreter für die Heizeinheit 3 der Heizschaltung 500. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram of the resonant circuit, the heating circuit 500 the heater formed according to the first embodiment of the invention 110 and correspondingly from the receiver circuit and between the two terminals 501 . 502 connected transmitter circuit is trained. The equivalent circuit is in the form of one between the two terminals 501 . 502 the heating circuit 500 connected series resonant circuit 30 shown and includes a spare spool 1 as a substitute for the coils 1A . 1B the heating circuit 500 , a spare capacitor 2 as a substitute for the capacitors 2A . 2 B the heating circuit 500 and an ohmic equivalent resistor 31 as deputy for the heating unit 3 the heating circuit 500 ,
Das in der 2 dargestellte Ersatzschaltbild vereinigt folglich die Heizeinheit 3, die Spulen 1A, 1B und die Kondensatoren 2A, 2B einer den Empfängerstromkreis umfassende Empfängerseite der Heizung 110 und einer den Senderstromkreis und den Spannungswandler 200 umfassende Sendeseite der Heizung 110. Es ist in der Elektrotechnik üblich, sowohl magnetische als auch elektrische Größen durch geeignete Ersatzschaltbilder und Berechnungsverfahren auf eine Senderseite zu transformieren. Es sei hierzu auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Dabei entspricht ein Widerstandswert des Ersatzwiderstandes 31 dem auf die Senderseite der Heizung 110 transformierten ohmschen Innenwiderstand der Heizeinheit 3. Ferner entspricht ein Induktivitätswert der Ersatzinduktivität 1 einem Gesamtinduktivitätswert, in dem die Induktivitätswerte der zwei Spulen 1A, 1b der Heizschaltung 500 zusammengefasst sind. Auch entspricht ein Kapazitätswert des Ersatzkondensators 2 einem Gesamtkapazitätswert, in dem die Kapazitätswerte der zwei Kondensatoren 2A, 2B der Heizschaltung 500 zusammengefasst sind.That in the 2 shown equivalent circuit thus unites the heating unit 3 , the spools 1A . 1B and the capacitors 2A . 2 B a receiver side of the heater comprising the receiver circuit 110 and one of the transmitter circuit and the voltage converter 200 comprehensive transmission side of the heater 110 , It is common in electrical engineering to transform both magnetic and electrical quantities by suitable equivalent circuit diagrams and calculation methods on a transmitter side. Reference is made to the relevant literature. In this case, a resistance value of the equivalent resistance corresponds 31 on the transmitter side of the heater 110 transformed ohmic internal resistance of the heating unit 3 , Furthermore, an inductance value corresponds to the equivalent inductance 1 a total inductance value in which the inductance values of the two coils 1A . 1b the heating circuit 500 are summarized. Also corresponds to a capacitance value of the equivalent capacitor 2 a total capacitance value in which the capacitance values of the two capacitors 2A . 2 B the heating circuit 500 are summarized.
Eine Anregung des die Heizschaltung 500 darstellenden Schwingkreises erfolgt bevorzugt durch den in einem Resonanzbetrieb arbeitenden und an den Senderstromkreis angeschlossenen Spannungswandler 200, über den der Senderstromkreis mit einer als die Betriebswechselspannung dienenden Wechselspannung mit einer vordefinierten Frequenz versorgt wird. Die die vordefinierte Frequenz aufweisende Wechselspannung, mit der der Senderstromkreis versorgt wird, wird auch dem Empfängerstromkreis aufgeprägt. Beide Stromkreise schwingen mit derselben vordefinierten Frequenz. Dabei ist die vordefinierte Frequenz gleich mit einer Resonanzfrequenz eines aus der Ersatzspule 1 und dem Ersatzkondensators 2 ausgebildeten und sich in einem Resonanzzustand befindlichen Resonators. An excitation of the heating circuit 500 performing resonant circuit is preferably carried out by operating in a resonant mode and connected to the transmitter circuit voltage converter 200 via which the transmitter circuit is supplied with a serving as the AC operating voltage AC voltage at a predefined frequency. The predefined frequency AC voltage supplied to the transmitter circuit is also impressed on the receiver circuit. Both circuits oscillate at the same predefined frequency. The predefined frequency is equal to a resonance frequency of one of the spare coil 1 and the replacement capacitor 2 formed and in a resonant state resonator.
Der aufgrund der Betriebswechselspannung erzeugte und durch die Heizeinheit 3 der Heizschaltung 500 fließende Betriebswechselstrom weist stets eine Betriebswechselstromfrequenz auf, die gleich mit einer jeden aktuellen Frequenz der Betriebswechselspannung ist. The generated due to the AC operating voltage and by the heating unit 3 the heating circuit 500 operating alternating current current always has an operating alternating current frequency which is equal to each current frequency of the operating AC voltage.
Bei dem in der 2 dargestellten Ersatzschaltbild sind ein Wechselstromwiderstand der Ersatzspule 1 und ein Wechselstromwiederstand des Ersatzkondensators 2 jeweils frequenzabhängig. Ferner ist ein Wechselstromwiderstand des ohmschen Ersatzwiderstades 31 sehr schwach frequenzabhängig oder sogar frequenzunabhängig und entspricht einem zwischen den zwei Anschlüssen 501, 502 der Heizschaltung 500 vorhandenen Gesamtwirkwiderstand der Heizschaltung 500.In the in the 2 shown equivalent circuit diagram are an AC resistance of the spare coil 1 and an AC resistor of the spare capacitor 2 each frequency dependent. Further, an AC resistance of the ohmic equivalent resistor 31 very weak frequency-dependent or even frequency-independent and corresponds to one between the two terminals 501 . 502 the heating circuit 500 existing total resistance of the heating circuit 500 ,
Die Resonanzfrequenz f0 des aus der Ersatzspule 1 und dem Ersatzkondensator 2 ausgebildeten Resonators und folglich des die Heizschaltung 500 darstellenden Schwingkreises ist in der Relation (1) angegeben: The resonance frequency f 0 of the spare coil 1 and the replacement capacitor 2 trained resonator and consequently of the heating circuit 500 representing resonant circuit is given in the relation (1):
In der Relation (1) ist mit L der Induktivitätswert L der Ersatzspule 1 bezeichnet. In der Relation (1) ist ferner mit C0 der Kapazitätswert bezeichnet, den der Ersatzkondensators 2 in einem Fall aufweist, in dem sich der Schwingkreis im Resonanzzustand befindet.In relation (1), L is the inductance value L of the spare coil 1 designated. In relation (1), the capacitance value is also denoted by C 0 , that of the equivalent capacitor 2 in a case where the oscillation circuit is resonant.
Bei der gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Heizung 110 weist eine aus der ersten Spule 1A und aus der zweiten Spule 1B ausgebildeten Spulenanordnung einen nahezu konstanten Induktivitätswert auf, der sich bei definiertem Abstand zwischen den zwei Spulen 1A, 1B und festgelegter Frequenz durch Einflüsse wie beispielsweise Temperatur, Spannung und Strom, nicht ändert.In the heater according to the first embodiment of the invention 110 has one from the first coil 1A and from the second coil 1B formed coil arrangement to a nearly constant inductance value, which at a defined distance between the two coils 1A . 1B and fixed frequency by influences such as temperature, voltage and current, does not change.
Bei der Erfindung wird bevorzugt eine Eigenschaft genutzt, gemäß der eine Dielektrizitätskonstante einer Vielzahl dielektrischer Materialien und folglich auch ein Kapazitätswert eines jeden mittels eines solchen dielektrischen Materials ausgebildeten und als erster Kondensator 2A der Heizschaltung 500 verwendeten Kondensators eine starke Temperaturabhängigkeit aufweisen. Die Art und Größe einer solchen Temperaturabhängigkeit ist eine Materialeigenschaft. In gängigen elektrischen Schaltungen ist diese starke Temperaturabhängigkeit unerwünscht. In solchen Schaltungen werden üblicherweise Kondensatoren eingesetzt, die jeweils ein dielektrisches Material aufweisen, welches eine Dielektrizitätskonstante mit geringer Temperaturabhängigkeit aufweist. In gängigen Oszillator-Schaltungen, wie zum Beispiel in Wien-Oszillatoren und Filterschaltungen, ist eine Temperaturunempfindlichkeit von in diesen eingesetzten Kondensatoren erwünscht, damit sich beispielsweise eine Grundfrequenz einer sich in solchen Oszillator-Schaltungen einstellenden Schwingung temperaturunabhängig ist. Auch sollte ein Wechselstromwiderstand einer solchen Oszillator-Schaltung temperaturunabhängig sein.In the invention, it is preferable to use a property according to which a dielectric constant of a plurality of dielectric materials and hence also a capacitance value of each are formed by such a dielectric material and as a first capacitor 2A the heating circuit 500 used capacitor have a strong temperature dependence. The nature and size of such temperature dependence is a material property. In common electrical circuits, this strong temperature dependence is undesirable. In such circuits usually capacitors are used, each a dielectric material having a dielectric constant with low temperature dependence. In common oscillator circuits, such as in Vienna oscillators and filter circuits, a temperature insensitivity of capacitors used in these is desired so that, for example, a fundamental frequency of an oscillating in such oscillator circuits vibration is independent of temperature. Also, an AC resistance of such an oscillator circuit should be temperature independent.
Vorzugsweise wird als erster Kondensator 2A der Heizschaltung 500 ein Kondensator verwendet, der bei einer Temperatur, deren Temperaturwerte in einem sich von einem Temperaturwert von –55 °C bis zu einem Temperaturwert von +125 °C erstreckenden Temperaturwertbereich liegen, arbeitet und eine relative Kapazitätswertänderung ΔC1/C10 aufweist, die sich über den genannten Temperaturwertbereich beispielsweise um ±15 % ändert. Die relative Kapazitätswertänderung ΔC1/C10 eines solchen Kondensators ist dabei auf einen von diesem bei Raumtemperatur angenommenen Kapazitätswert C10 bezogen. Bevorzugt wird in einem solchen Kondensator ein dielektrisches Material eingesetzt. Mit steigender Temperatur können eine Dielektrizitätskonstante des in dem zuvor genannten Kondensator eingesetzten dielektrischen Materials und folglich auch dessen Kapazitätswert C1 steigen oder fallen. Eine die Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante des eingesetzten dielektrischen Materials darstellende Funktion kann einen nahezu linearen oder einen gekrümmten Verlauf aufweisen.Preferably, as the first capacitor 2A the heating circuit 500 employs a capacitor operating at a temperature whose temperature values are in a temperature range extending from a temperature value of -55 ° C to a temperature value of +125 ° C, and having a relative capacitance change ΔC1 / C10 in excess of that Temperature value range, for example, changes by ± 15%. The relative change in capacitance ΔC1 / C10 of such a capacitor is based on a capacitance value C10 assumed by this at room temperature. Preferably, a dielectric material is used in such a capacitor. As the temperature increases, a dielectric constant of the dielectric material used in the aforesaid capacitor, and consequently also its capacitance C1, may increase or decrease. A function representing the temperature dependence of the dielectric constant of the dielectric material used may have a nearly linear or a curved course.
Bei der Erfindung können zwei unterschiedliche Materialeigenschaften, das heißt, eine steigende Dielektrizitätskonstante bei steigender Temperatur oder eine fallende Dielektrizitätskonstante bei steigender Temperatur gleichermaßen verwendet werden. Eine aufgrund einer Temperaturänderung auftretende Änderung der Dielektrizitätskonstante verursacht eine Kapazitätswertänderung des entsprechenden als erster Kondensator 2A verwendeten Kondensators, die in beiden Fällen für einen Anstieg des Betrages des Gesamtwechselstromwiderstands der Heizschaltung 500 und folglich des diese darstellenden Schwingkreises sorgt. Dies wird im Folgenden näher beschrieben: Bei der Erfindung wird als erster Kondensator 2A, der sich auf der Empfängerseite der Heizung 110 befindet, vorzugsweise ein Kondensator verwendet, in dem ein dielektrisches Material mit einer Dielektrizitätskonstante mit einer starken Temperaturabhängigkeit eingesetzt wird. Der sich auf der Senderseite befindliche zweite Kondensator 2B weist bevorzugt eine hohe Temperaturstabilität auf, um einen von der Temperatur der Windschutzscheibe 100 unabhängigen Frequenzgang einer Anregungsfrequenz des Schwingkreises der Heizung 110 zu gewährleisten.In the invention, two different material properties, that is, an increasing dielectric constant with increasing temperature or a decreasing dielectric constant with increasing temperature, can equally be used. A change in the dielectric constant due to a change in temperature causes a change in the capacitance value of the corresponding one as the first capacitor 2A used in both cases for an increase in the amount of total AC resistance of the heating circuit 500 and consequently provides the resonant circuit representing this. This is described in more detail below: In the invention, the first capacitor 2A that is on the receiver side of the heater 110 Preferably, a capacitor is used, in which a dielectric material with a dielectric constant is used with a strong temperature dependence. The located on the transmitter side second capacitor 2 B preferably has a high temperature stability to one of the temperature of the windshield 100 independent frequency response of an excitation frequency of the resonant circuit of the heater 110 to ensure.
Eine ungünstige Anbringung der ersten Spule 1A des Empfängerstromkreises und der zweiten Spule 1B des Senderstromkreises, wie ein seitlicher Versatz der zwei Spulen 1A, 1B, kann dazu führen, dass sich die zwei Spulen 1A, 1B nicht mehr genau überdecken. Aufgrund einer gegenseitigen Beeinflussung der zwei Spulen 1A, 1B ergibt sich nun ein ganz anderer Gesamtblindwiderstand und folglich auch ein veränderter Gesamtwechselstromwiderstand der Heizschaltung 500.An unfavorable attachment of the first coil 1A the receiver circuit and the second coil 1B the transmitter circuit, such as a lateral offset of the two coils 1A . 1B that can cause the two coils 1A . 1B no longer cover exactly. Due to a mutual influence of the two coils 1A . 1B Now results in a very different total blind resistance and consequently also a changed total AC resistance of the heating circuit 500 ,
Bei der Erfindung wird in einem Prüfmodus im Vorfeld einer Leistungsübertragung oder zu einem Beginn der Leistungsübertragung bevorzugt geprüft, ob bei der angelegten Resonanzfrequenz f0 ein vordefinierter Betriebspunkt, in dem der Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung 500 tatsächlich einen Wert von Null annimmt, erreicht wird. Ist dies nicht der Fall, so wird die Resonanzfrequenz f0 so lange verändert, bis der Betriebspunkt erreicht wird. Die Amplitude des durch die Heizeinheit 3 fließenden Betriebswechselstroms erreicht in diesem Betriebspunkt, wie zuvor erwähnt, sein Maximum. Zusammenfassend wird bei Vorliegen des genannten Betriebspunktes festgelegt, bei welcher Temperatur der Windschutzscheibe 100 der Betriebswechselstrom mit der maximalen Amplitude durch die Heizeinheit 3 fließt. Dabei nimmt der Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung 500 gerade dann einen Wert von Null an, wenn sich die Wechselstromwiderstände der Ersatzspule 1 und des Ersatzkondensators 2 gegenseitig aufheben. In the invention, in a test mode in the run-up to a power transmission or at the beginning of the power transmission, it is preferably checked whether at the applied resonance frequency f 0 a predefined operating point in which the total reactance of the heating circuit 500 actually assumes a value of zero is reached. If this is not the case, then the resonance frequency f 0 is changed until the operating point is reached. The amplitude of the heating unit 3 flowing operating alternating current reaches its maximum at this operating point, as mentioned above. In summary, it is determined at the stated operating point, at which temperature of the windshield 100 the operating alternating current with the maximum amplitude through the heating unit 3 flows. In this case, the total reactance of the heating circuit decreases 500 even then a value of zero when the AC resistances of the spare coil 1 and the replacement capacitor 2 cancel each other out.
So kann beispielsweise durch eine Einstellung der Frequenz der Betriebswechselspannung beziehungsweise des Betriebswechselstromes erreicht werden, dass zu einem Beginn eines Beheizens der Windschutzscheibe 100 auch bei unterschiedlichen Temperaturwerten der Temperatur der Windschutzscheibe 100 von beispielsweise –40 °C oder 0 °C der Betriebswechselstrom jeweils die maximale Amplitude aufweist. Alternativ kann die Frequenz der Betriebswechselspannung beziehungsweise des Betriebswechselstromes derartig nachgeführt werden, dass durch die Heizeinheit 3 der Betriebswechselstrom mit der maximalen Amplitude für einen jeden von der Temperatur der Windschutzscheibe 100 annehmbaren Temperaturwert fließt, der in einem vordefinierten Temperaturwertbereich liegt, der sich beispielsweise von einem Temperaturwert von –55 °C oder –40 °C bis zu einem Temperaturwert von 0°C oder von +10°C erstreckt.Thus, for example, by adjusting the frequency of the operating alternating voltage or the operating alternating current can be achieved that at the beginning of a heating of the windshield 100 even at different temperature values of the temperature of the windshield 100 of -40 ° C or 0 ° C, for example, the alternating operation current has the maximum amplitude. Alternatively, the frequency of the AC operating voltage or the AC operating current can be tracked such that by the heating unit 3 the maximum operating amplitude AC operating current for each of the windshield temperature 100 acceptable temperature value is within a predefined temperature value range, for example, extending from a temperature value of -55 ° C or -40 ° C to a temperature value of 0 ° C or + 10 ° C.
Die Heizung 110 stellt dann durch Durchführen eines im Folgenden beschriebenen Verfahrens die Frequenz der Betriebswechselspannung beziehungsweise des Betriebswechselstromes zu Beginn eines oder während eines Betriebs so ein, dass der Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung 500 einen Wert von Null annimmt. Es ist in der Fachwelt bekannt, dass zum Überprüfen des zuvor genannten Betriebspunkts, in dem der Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung 500 einen Wert von Null annimmt, solche in der Heizung 110 auftretende Resonanzbetriebswechselspannungen messtechnisch erfasst und ausgewertet werden können, die somit eine Regelvorgabe für die Frequenzeinstellung bilden können. The heating system 110 then, by performing a method described below, the frequency of the AC operating voltage or the AC operating current at the beginning of or during operation so that the total reactance of the heating circuit 500 assumes a value of zero. It is known in the art that for checking the aforementioned operating point, in which the total reactance of the heating circuit 500 assumes a value of zero, such in the heating 110 occurring resonance operating AC voltages can be metrologically recorded and evaluated, which can thus form a rule for the frequency setting.
3 zeigt ein stark schematisiertes Ablaufdiagramm des zuvor genannten und mittels der gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Heizung 110 durchführbaren Verfahrens. Zu einem Startzeitpunt, der in der 3 mit START gekennzeichnet ist, wird bei dem Verfahren die Heizung 110 durch einen Benutzer aktiviert. Zu diesem Zeitpunkt ist die Heizeinheit 3 noch nicht an den Empfängerstromkreis angeschlossen. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird dann eine Temperatur der Windschutzscheibe 100 erfasst. Ferner wird in einem zweiten Verfahrensschritt S2 die Resonanzfrequenz f0 des die Heizschaltung 500 darstellenden Schwingkreises ermittelt und als Startfrequenz definiert. In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird die Heizung 100 mit der die Startfrequenz aufweisende Betriebswechselspannung versorgt. In einem vierten Verfahrensschritt S4 wird ferner geprüft, ob der Betrag des Gesamtwechselstromwiderstandes der Heizschaltung 500 bei der ermittelten Resonanzfrequenz f0 sein Minimum aufweist. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, so wird die Resonanzfrequenz f0 in einem fünften Verfahrensschritt S5 so lange verändert, bis der Betrag des Gesamtwechselstromwiderstandes der Heizschaltung 500 sein Minimum erreicht. Erst dann wird in einem sechsten Verfahrensschritt S6 die Heizeinheit 3 an den Empfängerstromkreis angeschlossen und somit die elektrische Leistung zum Beheizen der Windschutzscheibe freigeschaltet. Somit wird auch der Selbstregelungsmechanismus der Heizung 110 aktiviert. Als Abschaltkriterium zum Abschalten des durch die Heizeinheit 3 fließenden Betriebswechselstromes, zum Beispiel nach Beendigung eines Abtauens, wird in einem siebten Verfahrensschritt vorzugsweise ein von der Temperatur der Windschutzscheibe 100 maximal zu erreichender und vorher definierter Temperaturwert der Windschutzscheibe herangezogen. Hat die Temperatur der Windschutzscheibe 100 diesen maximalen Temperaturwert erreicht, so wird zu einem Endzeitpunkt, der in der 3 mit STOP gekennzeichnet ist, die elektrische Leistung zum Beheizen der Windschutzscheibe 100 abgeschaltet. In gleicher Weise kann als Abschaltkriterium zum Abschalten des durch die Heizeinheit 3 fließenden Betriebswechselstromes nach Beendigung des Abtauens der Heizeinheit auch ein durch die Amplitude des Betriebswechselstromes minimal zu erreichender Wert herangezogen werden, da bei dessen Vorliegen auf die Beendigung des Abtauens der Windschutzscheibe 100 zurückgeschlossen werden kann. 4 zeigt mehrere Verläufe V1, V2, V3 der relativen Kapazitätswertänderung ΔC1/C10 verschiedener jeweils als erster Kondensator 2A der erfindungsgemäßen Heizschaltung 500 verwendbaren Kondensatoren, in denen verschiedene dielektrische Materialien eingesetzt sind, die jeweils in Abhängigkeit von der in Grad Celsius angegebenen Temperatur T des entsprechenden als erster Kondensator 2A verwendbaren Kondensators dargestellt sind. Die relative Kapazitätswertänderung ΔC1/C10 jedes solchen als erster Kondensator 2A verwendbaren Kondensators ist dabei auf den von diesem bei Raumtemperatur angenommenen Kapazitätswert C10 bezogen. Ein erster Verlauf V1 bezieht sich auf einen als erster Kondensator 2A verwendbaren Kondensator, in dem ein einer Metall-Papier-Materialgruppe angehöriges erstes dielektrisches Material eingesetzt ist. Ein zweiter Verlauf V2 bezieht sich auf einen als erster Kondensator 2A verwendbaren Kondensator, in dem ein einer Polyester-Materialgruppe angehöriges zweites dielektrisches Material eingesetzt ist. Das erste dielektrische Material und das zweite dielektrische Material haben jeweils eine Dielektrizitätskonstante, die bezüglich ihrer Temperaturabhängigkeit einen positiven Temperaturgradienten aufweist. Das bedeutet, dass der durch den ersten Verlauf V1 beschriebene Kapazitätswert C1 des Kondensators, in dem das erste Material eingesetzt ist, und der durch den zweiten Verlauf V2 beschriebe Kapazitätswert C1 des Kondensators, in dem das zweite Material eingesetzt ist, mit steigender Temperatur T jeweils zunehmen. Ein dritter Verlauf V3 entspricht einem als erster Kondensator 2A verwendbaren Kondensator, in dem ein drittes dielektrisches Material eingesetzt ist, das ein keramisches Material mit einer Dielektrizitätskonstante ist, die bezüglich ihrer Temperaturabhängigkeit einen negativen Temperaturgradienten aufweist. Das bedeutet, dass der durch den dritten Verlauf V3 beschriebene Kapazitätswert C1 des Kondensators, in dem das dritte Material eingesetzt ist, mit steigender Temperatur T abnimmt. 3 shows a highly schematic flow chart of the above-mentioned and formed by means of the first embodiment of the invention heating 110 feasible procedure. At a startup time in the 3 marked with START, the method becomes the heating 110 activated by a user. At this time is the heating unit 3 not yet connected to the receiver circuit. In a first method step S1, a temperature of the windshield is then 100 detected. Furthermore, in a second method step S2, the resonance frequency f 0 of the heating circuit 500 determined resonant circuit and defined as start frequency. In a third method step S3, the heating 100 supplied with the starting frequency having operating AC voltage. In a fourth method step S4 it is further checked whether the amount of the total AC resistance of the heating circuit 500 at the determined resonant frequency f 0 has its minimum. If this condition is not met, the resonance frequency f 0 is changed in a fifth method step S 5 until the amount of the total AC resistance of the heating circuit 500 reached its minimum. Only then is the heating unit in a sixth method step S6 3 connected to the receiver circuit and thus unlocked the electrical power to heat the windshield. Thus, the self-regulation mechanism of the heater also becomes 110 activated. As a shutdown criterion for switching off by the heating unit 3 flowing alternating operating current, for example after completion of defrosting, in a seventh process step, preferably one of the temperature of the windshield 100 maximum to be reached and predefined temperature value of the windshield used. Has the temperature of the windshield 100 reached this maximum temperature value, so is an end time, in the 3 marked with STOP, the electrical power for heating the windshield 100 off. In the same way can as Abschaltkriterium for switching off by the heating unit 3 flowing operating alternating current after the end of the defrosting of the heating unit, a value to be reached by the amplitude of the operating alternating current minimum value to be used, since in its presence on the termination of the defrosting of the windshield 100 can be concluded. 4 shows several curves V1, V2, V3 of the relative capacitance value change ΔC1 / C10 different respectively as the first capacitor 2A the heating circuit according to the invention 500 usable capacitors, in which various dielectric materials are used, each depending on the indicated temperature in degrees Celsius T of the corresponding as the first capacitor 2A usable capacitor are shown. The relative capacitance change ΔC1 / C10 of each such as the first capacitor 2A usable capacitor is based on the assumed this at room temperature capacity value C10. A first course V1 refers to one as the first capacitor 2A usable capacitor in which a metal-paper material group belonging first dielectric material is used. A second course V2 refers to one as the first capacitor 2A usable capacitor in which a polyester material group belonging second dielectric material is used. The first dielectric material and the second dielectric material each have a dielectric constant which has a positive temperature gradient with respect to their temperature dependence. This means that the capacitance value C1 of the capacitor in which the first material is inserted, and the capacitance value C1 of the capacitor in which the second material is inserted, described by the first profile V1, in each case increase as the temperature T increases increase. A third course V3 corresponds to one as the first capacitor 2A usable capacitor in which a third dielectric material is used, which is a ceramic material with a dielectric constant, which has a negative temperature gradient with respect to their temperature dependence. This means that the capacitance value C1 of the capacitor in which the third material is inserted, which is described by the third curve V3, decreases as the temperature T increases.
Im Folgenden wird in Zusammenhang mit der 5 die Funktionsweise der gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Heizung 110 detailliert beschrieben, wobei der die Heizschaltung 500 darstellende Schwingkreis mit einer die in der Beschreibung von der 2 definierte Resonanzfrequenz f0 aufweisende und als Betriebswechselspannung dienenden Wechselspannung versorgt wird. Die Amplitude des durch die Heizeinheit 3 fließenden Betriebswechselstromes wird allgemein mit I bezeichnet. Zu Erklärungszwecken wird ferner die Amplitude, die der Betriebswechselstrom in dem Fall aufweist, in dem sich der Schwingkreis im Resonanzzustand befindet, mit I0 bezeichnet und die Amplitude, die der Betriebswechselstrom in einem weiteren Fall aufweist, in dem sich der Schwingkreis nicht im Resonanzzustand befindet, mit Ix bezeichnet. Das heißt, das in dem Fall, in dem sich der Schwingkreis im Resonanzzustand befindet, die Gleichung I = I0 gültig ist und in dem weiteren Fall, in dem sich der Schwingkreis nicht im Resonanzzustand befindet, die Gleichung I = Ix gültig ist. 5 zeigt einen in Abhängigkeit von der in Grad Celsius angegebene Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 dargestellten Verlauf K1 einer normierten Amplitude I/I0 des Betriebswechselstromes. Diese normierte Amplitude I/I0 des Betriebswechselstromes ist gleich mit einem Quotienten, der zwischen der Amplitude I, die der Betriebswechselstrom allgemein aufweist, und der Amplitude I0, die der Betriebswechselstrom in dem Fall aufweist, in dem sich der Schwingkreis im Resonanzzustand befindet, gebildet wird. In der Darstellung aus der 5 liegen die von der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 angenommenen Temperaturwerte in einem sich von einem Temperaturwert von –40 °C bis zu einem Temperaturwert von 80 °C ersteckenden Temperaturwertbereich. The following is in connection with the 5 the operation of the heater formed according to the first embodiment of the invention 110 described in detail, wherein the heating circuit 500 performing resonant circuit with one in the description of the 2 defined resonant frequency f 0 and serving as operating AC voltage AC voltage is supplied. The amplitude of the heating unit 3 flowing AC operating current is generally referred to as I. For explanatory purposes, the amplitude which the alternating operation current has in the case where the oscillation circuit is in the resonance state is also denoted by I 0 and the amplitude which corresponds to the amplitude Operating alternating current in another case, in which the resonant circuit is not in the resonant state, denoted by I x . That is, in the case where the oscillation circuit is in the resonance state, the equation I = I 0 is valid, and in the other case where the oscillation circuit is not in the resonance state, the equation I = I x is valid. 5 shows a temperature T 1 depending on the temperature indicated in degrees Celsius of the windshield 100 illustrated course K1 a normalized amplitude I / I 0 of the operating alternating current. This normalized amplitude I / I o of the operating alternating current is equal to a quotient which is between the amplitude I, which has the operating alternating current in general, and the amplitude I 0 , which has the operating alternating current in the case in which the resonant circuit is in the resonance state, is formed. In the presentation from the 5 are the temperature T1 of the windshield 100 assumed temperature values in a temperature value range extending from a temperature value of -40 ° C to a temperature value of 80 ° C.
Gemäß der Erfindung sind die Wechselstromwiderstände der zwei Spulen 1A, 1B der Heizschaltung 500 bevorzugt nahezu temperaturunabhängig, so dass diese Wechselstromwiderstände jeweils einen nahezu konstanten Wert aufweisen. Sollte aber in der Praxis doch eine geringe Temperaturabhängigkeit der Wechselstromwiderstände der zwei Spulen 1A, 1B feststellbar sein, so ist diese um Faktoren kleiner gegenüber der Tempertaturabhängigkeit des Kapazitätswertes des ersten Kondensators 2A der Heizschaltung 500 und kann bevorzugt als entsprechender Korrekturfaktor in der Auslegung der Heizung 110 einfließen.According to the invention, the AC resistances of the two coils 1A . 1B the heating circuit 500 preferably almost independent of temperature, so that these AC resistances each have a nearly constant value. But should in practice but a low temperature dependence of the AC resistances of the two coils 1A . 1B be detectable, this is smaller by factors compared to the Tempertaturabhängigkeit the capacitance value of the first capacitor 2A the heating circuit 500 and may preferably be used as a corresponding correction factor in the design of the heater 110 incorporated.
In der Relation (2) wird die Amplitude I0 angegeben, die der Betriebswechselstrom in dem Fall aufweist, in dem sich der Schwingkreis im Resonanzzustand befindet: In relation (2), the amplitude I 0 is given, which has the operating alternating current in the case in which the resonant circuit is in the resonance state:
In der Relation (2) sind mit R der Wiederstandwert des Ersatzwiderstandes 31, der dem auf die Senderseite transformierten ohmschen Innenwiderstand der Heizeinheit 3 entspricht, und mit U eine Amplitude der Betriebswechselspannung bezeichnet. In der Relation (2) ist k ein Proportionalitätsfaktor, der von einer Ausbildungsart der aus der ersten Spule 1A und aus der zweiten Spule 1B ausgebildeten Spulenanordnung abhängig ist.In relation (2), R is the resistance of the equivalent resistance 31 , the transformed to the transmitter side resistive internal resistance of the heating unit 3 and U denotes an amplitude of the operating AC voltage. In the relation (2), k is a proportionality factor of one kind of training from that of the first coil 1A and from the second coil 1B trained coil assembly is dependent.
In dem Fall, in dem sich der Schwingkreis im Resonanzzustand befindet, ist der Wechselstromwiderstand XL der Ersatzspule 1 gemäß der Gleichung XL = ω0·L und der Wechselstromwiderstand XC0 des Ersatzkondensators 2 gemäß der Gleichung XC0 = 1/(ω0·C0) zu berechnen. In diesem Fall heben sich die Wechselstromwiderstände der Ersatzspule 1 und des Ersatzkondensators 2 gegenseitig auf. In the case where the oscillation circuit is resonant, the AC resistance XL is the spare coil 1 according to the equation XL = ω 0 · L and the AC resistance XC 0 of the equivalent capacitor 2 according to the equation XC 0 = 1 / (ω 0 · C 0 ) to calculate. In this case, the AC resistances of the spare coil lift 1 and the replacement capacitor 2 each other up.
In der Relation (3) wird die Amplitude Ix angegeben, die der Betriebswechselstrom in einem weiteren Fall aufweist, in dem sich der Schwingkreis nicht im Resonanzzustand befindet In relation (3), the amplitude I x is indicated, which has the operating alternating current in a further case in which the resonant circuit is not in the resonance state
In der Relation (3) sind ferner mit L der nahezu konstante Induktivitätswert der Ersatzspule 1 bezeichnet und mit Cx der Kapazitätswert bezeichnet, den der Ersatzkondensator 2 in dem weiteren Fall aufweist, in dem sich der Schwingkreis nicht im Resonanzzustand befindet. Ferner ist in der Relation (3) eine bei der Resonanzfrequenz f0 gültige Kreisfrequenz mit ω0 bezeichnet. Diese bei der Resonanzfrequenz f0 gültige Kreisfrequenz ω0 wird gemäß der Gleichung ω0 = 2πf0 berechnet.In the relation (3), L is also the almost constant inductance value of the spare coil 1 and denoted by C x the capacitance value of the replacement capacitor 2 in the further case in which the resonant circuit is not resonant. Further, in the relation (3) is referred to a at the resonance frequency f 0 valid angular frequency ω with the 0th This valid at the resonant frequency f 0 angular frequency ω 0 is calculated according to the equation ω 0 = 2πf 0 .
In dem weiteren Fall, in dem sich der Schwingkreis nicht im Resonanzzustand befindet, sind der Wechselstromwiderstand XL der Ersatzspule 1 gemäß der Gleichung XL = ω0·L und der Wechselstromwiderstand des Ersatzkondensators 2 gemäß der Gleichung XCx = 1/(ω0·Cx) zu berechnen. In diesem Fall heben sich die Wechselstromwiderstände XL, XCx der Ersatzspule 1 und des Ersatzkondensators 2 nicht mehr gegenseitig auf.In the further case where the oscillation circuit is not resonant, the AC resistance XL is the spare coil 1 according to the equation XL = ω 0 · L and the AC resistance of the equivalent capacitor 2 according to the equation XC x = 1 / (ω 0 · C x ) to calculate. In this case, the AC resistors XL, XC x cancel the spare coil 1 and the replacement capacitor 2 no longer up to each other.
Bei der Erfindung heben sich die Wechselstromwiderstände XL, XC0 der Ersatzspule 1 und des Ersatzkondensators 2 bevorzugt bei einem niedrigsten zu erwartenden Temperaturwert der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 von beispielsweise –55 °C oder –40 °C gegenseitig auf. Dies wird durch die Wahl der Induktivitätswerte der zwei Spulen 1A, 1B der Heizschaltung 500 und der Kapazitätswerte erreicht, die von den zwei Kondensatoren 2A, 2B der Heizschaltung 500 in dem Fall, in dem sich der Schwingkreis im Resonanzzustand befindet, anzunehmen sind. Heben sich die Wechselstromwiderstände XL, XC0 der Ersatzspule 1 und des Ersatzkondensators 2 gegenseitig auf, so nimmt der Gesamtblindwiderstand der Heizschaltung 500 einen Wert von Null an, so dass nur noch der auf die Senderseite transformierte ohmsche Innenwiderstand der Heizeinheit 3, der gleich mit dem Widerstandswert R der Ersatzwiderstandes 31 ist, die Amplitude I0 des Betriebswechselstromes begrenzt. In diesem Fall weist der Betriebswechselstrom die maximale Amplitude I0 auf, die auch als Resonanzamplitude I0 bezeichnet wird. Ein Punkt des in der 5 dargestellten Verlaufes K1, in dem der Betriebswechselstrom seine Resonanzamplitude I0 aufweist, wird in der 5 mit A gekennzeichnet. In der Darstellung aus der 5 beträgt der niedrigste Temperaturwert der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 –40 °C.In the invention, the AC resistances XL, XC 0 cancel the spare coil 1 and the replacement capacitor 2 preferably at a lowest expected temperature value of the temperature T1 of Windshield 100 of -55 ° C or -40 ° C, for example. This is done by choosing the inductance values of the two coils 1A . 1B the heating circuit 500 and the capacitance values reached by the two capacitors 2A . 2 B the heating circuit 500 in the case in which the resonant circuit is in the resonant state, are assumed. The AC resistors XL, XC 0 of the spare coil lift 1 and the replacement capacitor 2 mutually on, so the total reactance of the heating circuit takes 500 a value of zero, so that only the transformed to the transmitter side ohmic internal resistance of the heating unit 3 equal to the resistance value R of the equivalent resistance 31 is limited, the amplitude I 0 of the operating alternating current. In this case, the operation of alternating current has the maximum amplitude I 0, which is also referred to as a resonance amplitude I 0th A point in the 5 shown course K1, in which the operating alternating current has its resonance amplitude I 0 , is in the 5 marked with A. In the presentation from the 5 the lowest temperature value is the temperature T1 of the windshield 100 -40 ° C.
Unmittelbar nach dem Einschalten der an die Spannungsquelle angeschlossenen Heizung 110 fließt durch die Heizeinheit 3 der Betriebswechselstrom, der für eine Erhöhung einer Temperatur von in der Heizeinheit 3 angeordneten Heizdrähten sorgt. Die Heizdrähte der Heizeinheit 3 sind in thermischen Kontakt mit der Windschutzscheibe 100 gebracht, so dass die Windschutzscheibe 100 durch Wärmeübergang beheizt wird. Dadurch kann die Windschutzscheibe 100 beispielsweise abgetaut werden.Immediately after switching on the heater connected to the voltage source 110 flows through the heating unit 3 the operating alternating current, which is responsible for raising a temperature of in the heating unit 3 arranged heating wires ensures. The heating wires of the heating unit 3 are in thermal contact with the windshield 100 brought, so the windshield 100 is heated by heat transfer. This allows the windshield 100 be defrosted for example.
Aufgrund einer bei dem Beheizen der Windschutzscheibe 100 auftretenden Erhöhung der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 verlässt der Schwingkreis den Resonanzzustand. Dies wird im Folgenden in Zusammenhang mit der Relation (2) und (3) erklärt:
Aufgrund der bei Beheizen der Windschutzscheibe 100 auftretenden Erhöhung der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 ändert sich der temperaturabhängige Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators 2A, wodurch sich auch der Kapazitätswert des Ersatzkondensators 2 von C0 auf Cx ändert. Weist der Kapazitätswert C1 des in der Windschutzscheibe 100 angeordneten ersten Kondensators 2A einen positiven Temperaturgradienten auf, so erhöht sich der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators 2A aufgrund der Erhöhung der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100, wodurch sich auch der Kapazitätswert des Ersatzkondensators 2 von C0 auf Cx erhöht. Weist der Kapazitätswert C1 des in der Windschutzscheibe 100 angeordneten ersten Kondensators 2A einen negativen Temperaturgradienten auf, so reduziert sich der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators 2A aufgrund der Erhöhung der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100, wodurch sich auch der Kapazitätswert des Ersatzkondensators 2 von C0 auf Cx reduziert. Weist der Kapazitätswert C1 des in der Windschutzscheibe 100 angeordneten ersten Kondensators 2A einen positiven Temperaturgradienten auf, so erhöht sich der Kapazitätswert C1 des ersten Kondensators 2A aufgrund der Erhöhung der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100, wodurch sich auch der Kapazitätswert des Ersatzkondensators 2 von C0 auf Cx erhöht. Folglich weist die Differenz zwischen dem Wechselstromwiderstand XL der Ersatzspule 1 und dem Wechselstromwiderstand XCx des Ersatzkondensators 2 nicht mehr einen Wert von Null auf, unabhängig davon, ob der zuvor genannte Temperaturgradient negativ oder positiv ist. Weist diese Differenz einen von Null unterschiedlichen Wert auf, so befindet sich der die Heizschaltung darstellende Schwingkreis nicht mehr im Resonanzzustand. Due to one in the heating of the windshield 100 occurring increase in temperature T1 of the windshield 100 the resonant circuit leaves the resonant state. This is explained below in connection with the relation (2) and (3):
Due to when the windshield is heated 100 occurring increase in temperature T1 of the windshield 100 the temperature-dependent capacitance value C1 of the first capacitor changes 2A , which also increases the capacitance value of the equivalent capacitor 2 changes from C 0 to C x . Indicates the capacity value C1 of the windshield 100 arranged first capacitor 2A a positive temperature gradient, so increases the capacitance value C1 of the first capacitor 2A due to the increase in temperature T1 of the windshield 100 , which also increases the capacitance value of the equivalent capacitor 2 increased from C 0 to C x . Indicates the capacity value C1 of the windshield 100 arranged first capacitor 2A a negative temperature gradient, the capacitance C1 of the first capacitor is reduced 2A due to the increase in temperature T1 of the windshield 100 , which also increases the capacitance value of the equivalent capacitor 2 reduced from C 0 to C x . Indicates the capacity value C1 of the windshield 100 arranged first capacitor 2A a positive temperature gradient, so increases the capacitance value C1 of the first capacitor 2A due to the increase in temperature T1 of the windshield 100 , which also increases the capacitance value of the equivalent capacitor 2 increased from C 0 to C x . Consequently, the difference between the alternating current resistance XL of the spare coil 1 and the AC resistance XC x of the equivalent capacitor 2 no longer a value of zero, regardless of whether the aforementioned temperature gradient is negative or positive. If this difference has a value different from zero, the resonant circuit representing the heating circuit is no longer in the resonant state.
Da der Betrag des Gesamtwechselstromwiderstandes des die Heizschaltung 500 darstellenden Schwingkreises eine pythagoreische Summe zwischen dem Widerstandwert R des Ersatzwiderstandes 31 und dieser Differenz ist, erhöht sich der Betrag des Gesamtwechselstromwiderstandes des Schwingkreises aufgrund der Erhöhung der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100, unabhängig davon, ob der zuvor genannte Temperaturgradient negativ oder positiv ist. Da die Amplitude I0, Ix des Betriebswechselstromes, so wie in den zuvor eingeführten Relationen gezeigt ist, umgekehrt proportional zu dem Betrag des Gesamtwechselstromwiederstandes des die Heizschaltung 500 darstellenden Schwingkrieses ist, reduziert sich folglich die Amplitude des Betriebswechselstromes von I0 auf Ix. Je stärker folglich ein aktueller Temperaturwert der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 von dem niedrigsten zu erwartenden Temperaturwert der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 zu höheren Temperaturwerten abweicht, desto geringer wird die Amplitude Ix des Betriebswechselstromes. Dies ist auch aus der 5 ersichtlich.Since the amount of the total AC resistance of the heating circuit 500 a resonant Pythagorean sum between the resistance value R of the equivalent resistance 31 and this difference is, the amount of the total AC resistance of the oscillation circuit increases due to the increase of the temperature T1 of the windshield 100 irrespective of whether the aforementioned temperature gradient is negative or positive. Since the amplitude I 0 , I x of the operating alternating current, as shown in the previously introduced relations, inversely proportional to the amount of the total AC resistance of the heating circuit 500 Consequently, the amplitude of the operating alternating current is reduced from I 0 to I x . Thus, the stronger a current temperature value of the temperature T1 of the windshield 100 from the lowest expected temperature value of the temperature T1 of the windshield 100 deviates to higher temperature values, the lower the amplitude I x of the operating alternating current. This is also from the 5 seen.
Aus der 5 ist leicht zu erkennen, dass sich die Amplitude I des Betriebswechselstromes kontinuierlich bei Beheizen der Windschutzscheibe 100 reduziert. Aus der 5 ist ferner ersichtlich, dass bei einem maximalen Temperaturwert der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 von 80 °C die Amplitude I des Betriebswechselstromes nur noch etwa 30 % bis 40 % der maximalen Amplitude I0 des Betriebsstromes beträgt. Bei der Darstellung aus der 5 weist der Betriebsstrom, wie zuvor schon erwähnt, bei dem niedrigsten Temperaturwert der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100, der –40 °C beträgt und zu Beginn des Beheizens vorkommt, seine maximale Amplitude I0 auf.From the 5 is easy to see that the amplitude I of the operating AC current continuously when heating the windshield 100 reduced. From the 5 It can also be seen that at a maximum temperature value of the temperature T1 of the windshield 100 of 80 ° C, the amplitude I of the operating alternating current is only about 30% to 40% of the maximum amplitude I 0 of the operating current. In the presentation from the 5 the operating current, as already mentioned, at the lowest temperature value of the temperature T1 of the windshield 100 , which is -40 ° C and occurs at the beginning of heating, its maximum amplitude I 0 on.
Wird die Heizung 110 mittels des Fahrzeugbordnetzes des Fahrzeuges, in dem diese angeordnet ist, mit elektrischer Energie versorgt, so wird das Fahrzeugbordnetz dadurch entlastet, dass sich die Amplitude I des Betriebswechselstromes aufgrund der Erhöhung der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 automatisch reduziert. Will the heater 110 By means of the vehicle electrical system of the vehicle in which it is arranged, supplied with electrical energy, the vehicle electrical system is relieved that the amplitude I of the operating alternating current due to the increase in the temperature T1 of the windshield 100 automatically reduced.
Diejenige Heizung 110, für die der in der 5 dargestellte Verlauf K1 der normierten Amplitude I/I0 des Betriebsstromes gültig ist, weist einen als erster Kondensator 2A verwendeten Kondensator auf, der aufgrund eines in diesem eingesetzten dielektrischen Materials einen Kapazitätswert C1 mit positivem Temperaturgradienten aufweist. Der hier als erster Kondensator 2A verwendete Kondensator weist eine relative Kapazitätswertänderung ΔC1/C10 auf, die sich über den in der 5 dargestellten Temperaturwertbereich um +16 % ändert. Es sei erwähnt, dass eine Güte Qx des die Heizschaltung 500 darstellenden Schwingkreises, der als Reihenschwingkreis darstellbar ist, gemäß der Relation (4) beschrieben wird: The heater 110 for which in the 5 illustrated course K1 of the normalized amplitude I / I 0 of the operating current is valid, has a first capacitor 2A used capacitor, which has a capacitance value C1 with a positive temperature gradient due to a dielectric material used in this. The here as the first capacitor 2A The capacitor used has a relative capacitance change .DELTA.C1 / C10, which exceeds that in the 5 temperature range changes by +16%. It should be noted that a quality Q x of the heating circuit 500 representing resonant circuit, which can be represented as a series resonant circuit, according to the relation (4) is described:
Deshalb kann es besonders günstig sein, als erster Kondensator 2A der Heizschaltung 500 einen Kondensator zu verwenden, in dem ein dielektrisches Material eingesetzt wird, das eine Dielektrizitätskonstante hat, die bezüglich ihrer Temperaturabhängigkeit einen negativen Temperaturgradienten aufweist. Dadurch reduziert sich der Kapazitätswert C1 dieses als erster Kondensator 2A verwendeten Kondensators mit steigender Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100. Folglich erhöht sich die Güte Qx des entsprechenden Schwingkreises mit steigender Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100, wodurch insgesamt weniger elektrische Verluste entstehen.Therefore, it may be particularly favorable as the first capacitor 2A the heating circuit 500 To use a capacitor in which a dielectric material is used, which has a dielectric constant, which has a negative temperature gradient with respect to their temperature dependence. This reduces the capacitance C1 as the first capacitor 2A used capacitor with increasing temperature T1 of the windshield 100 , Consequently, the quality Q x of the corresponding resonant circuit increases with increasing temperature T1 of the windshield 100 , which results in less electrical losses overall.
Bevorzugt wird in einem als erster Kondensator 2A der Heizschaltung 500 verwendeten Kondensator ein dielektrisches Material eingesetzt, das eine Dielektrizitätskonstante aufweist, die bei einer Temperatur, die Temperaturwerte annimmt, die in dem vordefinierten Temperaturwertbereich liegen, nur eine schwache Temperaturabhängigkeit aufweist und folglich auch eine entsprechend schwache Temperaturabhängigkeit des entsprechenden ersten Kondensators 2A verursacht. Wie zuvor schon erläutert, erstreckt sich der vordefinierte Temperaturwertbereich von einem Temperaturwert von –55 °C oder –40 °C bis zu einem Temperaturwert von 0 °C oder +10 °C. Vorteilhaft dabei ist, dass für Temperaturwerte, die in dem vordefinierten Temperaturwertbereich liegen, die Heizung 110 automatisch mit dem Betriebswechselstrom mit der maximalen Amplitude I0 betrieben wird, um die Windschutzscheibe 100 möglichst schnell eisfrei zu bekommen. Diese zuvor beschriebene schwache Temperaturabhängigkeit kann auch durch Einsatz mehrerer jeweils als erster Kondensator 2A verwendete Kondensatoren erreicht werden, die in Reihe und/oder paralleler verschaltet sind und unterschiedliche dielektrische Materialien aufweisen.It is preferred in one as the first capacitor 2A the heating circuit 500 The capacitor used has a dielectric material which has a dielectric constant which has only a weak temperature dependency at a temperature which assumes temperature values which lie in the predefined temperature value range, and consequently also a correspondingly weak temperature dependence of the corresponding first capacitor 2A caused. As previously explained, the predefined temperature range extends from a temperature of -55 ° C or -40 ° C to a temperature of 0 ° C or +10 ° C. The advantage here is that for temperature values that are in the predefined temperature value range, the heating 110 is automatically operated with the operating alternating current with the maximum amplitude I 0 to the windshield 100 get ice-free as quickly as possible. This weak temperature dependence described above can also be achieved by using several as the first capacitor 2A used capacitors are connected in series and / or parallel and have different dielectric materials.
Weiter bevorzugt kann die Anregungsfrequenz f0 derartig verändert werden, dass sich die Wechselstromwiderstände XL, XC0 der Ersatzspule 1 und des Ersatzkondensators 2 für jeden in dem vordefinierten Temperaturwertbereich liegenden Temperaturwert der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 gegenseitig aufheben. Folglich wird die Amplitude I des Betriebsstromes für jeden in dem vordefinierten Temperaturwertbereich liegenden Temperaturwert der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 nur durch den Widerstandswert R des Ersatzwiederstandes 31 begrenzt und nimmt ihr Maximum I0 an. Sobald die Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 einen gegenüber jedem in dem vordefinierten Temperaturwertbereich liegenden Temperaturwert größeren Temperaturwert annimmt, wird die Anregungsfrequenz f0 nicht mehr verändert, wodurch der Selbstregelungsmechanismus der Heizung 110 wieder greift.More preferably, the excitation frequency f 0 can be changed such that the AC resistors XL, XC 0 of the spare coil 1 and the replacement capacitor 2 for each temperature value of the temperature T1 of the windshield lying in the predefined temperature value range 100 cancel each other out. Consequently, the amplitude I of the operating current for each temperature in the predefined temperature value range temperature value of the temperature T1 of the windshield 100 only by the resistance R of the Ersatzwiederstandes 31 limits and assumes its maximum I 0 . Once the temperature T1 of the windshield 100 assumes a larger temperature value than any temperature value lying in the predefined temperature value range, the excitation frequency f 0 is no longer changed, whereby the self-regulating mechanism of the heating 110 again attacks.
6 zeigt einen Verlauf K2 der in Milliampere angegebenen Amplitude I des Betriebswechselstromes in Abhängigkeit von der in Grad Celsius angegebenen Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100. Diejenige zum Beheizen der Windschutzscheibe 100 angeordnete Heizung 110, für die der in der 6 dargestellte Verlauf K2 der Amplitude I des Betriebswechselstromes gültig ist, weist einen als erster Kondensator 2A verwendeten Kondensator auf, der aufgrund eines in diesem eingesetzten dielektrischen Materials einen Kapazitätswert C1 mit negativem Temperaturgradienten aufweist. 6 zeigt auch einen Verlauf K3 der in Nanofarad gemessenen Kapazität des hier als erster Kondensator 2A verwendeten Kondensators in Abhängigkeit von der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100. In der Darstellung aus der 6 liegen die von der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 angenommenen Temperaturwerte in einem sich von einem Temperaturwert von 23 °C bis zu einem Temperaturwert von 70 °C ersteckenden Temperaturwertbereich. Der die Heizschaltung 500 des in Zusammenhang mit der 6 verwendeten Heizung 110 darstellende Schwingkreis wird mit einer die in der Beschreibung von der 2 definierte Resonanzfrequenz f0 aufweisende und als Betriebswechselspannung dienenden Wechselspannung versorgt und befindet sich bei einem Temperaturwert von 23 °C im Resonanzzustand. Aus der 6 ist leicht zu erkennen, dass sich die Amplitude I des Betriebswechselstromes beim Beheizen der Windschutzscheibe 100 kontinuierlich reduziert. 6 shows a curve K2 of the specified amplitude in milliamps amplitude I of the operating alternating current as a function of the indicated in degrees Celsius temperature T1 of the windshield 100 , The one for heating the windshield 100 arranged heating 110 for which in the 6 illustrated course K2 of the amplitude I of the operating alternating current is valid, has one as the first capacitor 2A used capacitor, which has a capacitance value C1 with a negative temperature gradient due to a dielectric material used in this. 6 also shows a curve K3 of the nanofarad measured capacitance of the here as the first capacitor 2A used capacitor as a function of the temperature T1 of the windshield 100 , In the presentation from the 6 are the temperature T1 of the windshield 100 assumed temperature values in a temperature value range extending from a temperature value of 23 ° C up to a temperature value of 70 ° C. The heating circuit 500 of in connection with the 6 used heating 110 performing resonant circuit is with a in the description of the 2 supplied resonant frequency f 0 and serving as AC operating voltage AC voltage and is at a temperature value of 23 ° C in the resonant state. From the 6 is easy to see that the amplitude I of the operating AC current when heating the windshield 100 continuously reduced.
Aus den 5 und 6 ist leicht ersichtlich, dass bei konstanter Resonanzfrequenz f0 die Amplitude I des Betriebswechselstromes für Temperaturwerte der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100, die großer als derjenige Temperaturwert dieser sind, bei dem sich der entsprechende Schwingkreis im Resonanzzustand befindet, monoton mit der Temperatur T1 der Windschutzscheibe 100 fällt, unabhängig davon, ob der als erster Kondensator 2A eingesetzte Kondensator einen Kapazitätswert mit negativem oder positivem Temperaturgradienten aufweist.From the 5 and 6 It can easily be seen that at constant resonant frequency f 0, the amplitude I of the operating alternating current for temperature values of the temperature T1 of the windshield 100 which are greater than the temperature value of this, in which the corresponding resonant circuit is in resonance state, monotonically with the temperature T1 of the windshield 100 regardless of whether the first capacitor 2A used capacitor has a capacitance value with negative or positive temperature gradient.
7 zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht der in einem Fahrzeug (nicht dargestellt) anbringbaren oder angebrachten Windschutzscheibe 100 aus der 1, an der eine gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Heizung 111 zum Beheizen der Windschutzscheibe 100 angebracht ist. Die in der 7 dargestellten Heizung 111 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist auch zum Beheizen der Windschutzscheibe 100 vorgesehen und unterscheidet sich von der gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Heizung 110 dadurch, dass in der Heizung 111 ein weiteres Zusatzelement 6 angeordnet ist. Bis auf das weitere Zusatzelement 6, sind alle weiteren Komponenten der gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Heizung 111 jeweils in gleicher Weise wie die entsprechende Komponente der gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Heizung 110 ausgebildet und werden hier nicht erneut eingeführt. 7 shows a highly schematic side view of in a vehicle (not shown) attachable or attached windshield 100 from the 1 to which a heater formed according to a second embodiment of the invention 111 for heating the windshield 100 is appropriate. The in the 7 shown heater 111 according to the second embodiment of the invention is also for heating the windshield 100 and differs from the heater formed according to the first embodiment of the invention 110 in that in the heater 111 another additional element 6 is arranged. Except for the additional element 6 , all other components are the heater formed according to the second embodiment of the invention 111 each in the same manner as the corresponding component of the heater according to the first embodiment of the invention 110 trained and will not be reintroduced here.
Das weitere Zusatzelement 6 umfasst mindestens einen Stromsensor und/oder mindestens einen weiteren Temperatursensor, die zur Erfassung von Referenzwerten ausgebildet sind, die für mögliche Steuerungsvorgaben für ein mittels des Spannungswandlers 200 vorgebbares Schwingverhalten des Schwingkreises der Heizung 111, wie beispielsweise für eine Einstellung einer Frequenz einer mittels des Spannungswandlers 200 bereitstellbaren Betriebswechselspannung, verwendet werden. The additional element 6 includes at least one current sensor and / or at least one further temperature sensor, which are designed for the detection of reference values, for possible control specifications for a means of the voltage converter 200 specifiable oscillation behavior of the resonant circuit of the heater 111 , such as for adjusting a frequency of one by means of the voltage converter 200 be provided AC operating voltage.
7 zeigt auch die in der 1 nicht dargestellte zusätzliche Glasmasse 10, in der der temperaturabhängige erste Kondensator 1A des Empfängerstromkreises der Heizung 111 eingeschossen ist. Auf einen Teil von elektrischen Verbindungen zur Bildung des Empfängerstromkreises, beziehungsweise des Senderstromkreises der Heizung 111, wurde verzichtet, um die 7 übersichtlich zu gestalten. 7 also shows in the 1 not shown additional glass mass 10 in which the temperature-dependent first capacitor 1A the receiver circuit of the heater 111 is shot. On a part of electrical connections to form the receiver circuit, or the transmitter circuit of the heater 111 , was waived to the 7 clearly arranged.
Erfindungsgemäß ist es auch vorgesehen, dass ein fest innerhalb eines Fahrzeuges angeordneter Senderstromkreis und ein außerhalb des Fahrzeuges angeordneter lösbarer Sendestromkreis für den oder einen zweiten Empfängerstromkreis vorgesehen sind. Die Werte der jeweiligen Bauelemente sind dann entsprechend der zuvor angegebenen Grundsätze anzupassen.According to the invention, it is also provided that a transmitter circuit arranged fixedly within a vehicle and a detachable transmission circuit arranged outside the vehicle are provided for the or a second receiver circuit. The values of the respective components must then be adapted according to the principles stated above.
Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 7 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure is hereby further disclosure of the invention supplementary to the representation in the 1 to 7 Referenced.
