DE10110142A1 - Heizeinrichtung für eine Fahrzeugscheibe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine Fahrzeugscheibe, insbesondere eine Kunststoffscheibe, eines Kraftfahrzeuges mit einem Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen auf die Fahrzeugscheibe, um den Feuchtigkeitsbeschlag auf der Fahrzeugscheibe zu regulieren. DOLLAR A Das Vorsehen eines Infrarotstrahlers ermöglicht auf einfache Art und Weise das Beheizen einer Kunststoffscheibe.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine Fahrzeugscheibe ei­ nes Kraftfahrzeuges.

Bekannte Heizeinrichtungen für Fahrzeugscheiben von Kraftfahrzeugen sind aus elektrischen Heizleitungen ausgebildet, die an der Oberfläche der Scheibe vorgese­ hen werden. Diese Heizleitungen bestehen aus leitfähiger Farbe, die auf die Oberflä­ che einer Glasscheibe aufgedruckt wird. Diese Heizleitungen können sowohl auf der Innen- als auch Außenseite einer Glasscheibe als auch zwischen zwei Lagen einer Verbundscheibe ausgebildet sein.

Derartige Heizleitungen haben sich bei Glasscheiben bewährt. Sie werden in der Re­ gel jedoch nur bei Heckscheiben eingesetzt, da sie die Transmission der Scheiben erheblich beeinträchtigen.

Derartige Heizleitungen sind für Kunststoffscheiben nicht geeignet, da Kunststoff ei­ nen im Vergleich zu Glas sehr geringen Wärmeleitkoeffizienten besitzt, wodurch der­ artige Heizleitungen die Scheiben nur im unmittelbar an die Heizleitungen angrenzenden Bereich aufheizen. Hierdurch werden beträchtliche Flächen der Scheibe nicht auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Zudem besteht die Gefahr, dass in dem unmittelbar an den Heizleitungen angrenzenden Bereich die Scheibe auf eine Temperatur oberhalb der Fließtemperatur erhitzt wird, wodurch die Heizleitung sich von der Scheibe lösen kann.

Man hat deshalb mit erheblichen finanziellen Aufwand Forschungsprojekte gestartet, um eine elektrisch leitbare Beschichtung zu entwickeln, mit welcher eine Kunststoffscheibe großflächig beheizt werden kann. Derartige elektrisch leitenden Beschichtungen sind jedoch aufwendig und beeinträchtigen die Transmission der Scheibe.

Die DE 41 22 462 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug, das mit einem Infrarot-Strahler versehen ist, um insbesondere die Frontscheibe zu enteisen beziehungsweise zu entfrosten.

Die DE 197 06 043 A1 betrifft eine Kunststoffscheibe für eine Kraftfahrzeugtür. Diese Kunststoffscheibe kann unter anderem aus Polycarbonat ausgebildet sein.

Die DE 71 35 687 U beinhaltet eine Zusatzheizung für ein Kraftfahrzeug, welche ein Infrarot-Strahler ist, der auf die Front- und Seitenscheiben im Lenkbereich gerichtet sein kann (Seite 2, Absatz 1).

Die DE 39 27 264 A1 beschreibt einen Heizstrahler für den Infrarot-B-Bereich (1400- 3000 nm) zum Trocknen von lackierten Oberflächen.

Die DE 42 02 944 A1 beschreibt ein Verfahren und einer Vorrichtung zum Erwärmen eines Materials, das für Lichtwellenlängen im Wellenlängenbereich unterhalb 2500 nm eine relativ niedrige Absorption und im Wellenlängenbereich von oberhalb 2500 nm Bereiche mit relativ hoher Absorption aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Heizeinrichtung für eine Fahrzeugscheibe zu schaffen, die zum Beheizen einer Kunststoffscheibe geeignet ist, und dennoch einfach und damit kostengünstig ausgebildet und einfach in ein Kraftfahrzeug integrierbar ist.

Die Aufgabe wird durch eine Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung weist einen Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen auf die Heizscheibe auf.

Mit einem Infrarotstrahler kann eine Fahrzeugscheibe großflächig beheizt werden, ohne dass an der Fahrzeugscheibe selbst Heizelemente vorzusehen sind. Die Transmission der Heizscheibe wird somit durch die erfindungsgemäße Heizeinrichtung nicht beeinträchtigt.

Durch das Anordnen eines Infrarotstrahlers in einem Kraftfahrzeug zum Beheizen einer der Fahrzeugscheiben wird der bisher eingeschlagene Weg, nämlich die Heizeinrichtung unmittelbar an der zu beheizenden Fahrzeugscheibe vorzusehen, verlassen. Die Erfindung ist jedoch überraschend einfach realisierbar und erlaubt ein besseres Transmissionsverhalten der zu beheizenden Fahrzeugscheibe. Die Erfindung ist deshalb nicht nur zum Beheizen einer Heckscheibe, sondern z. B. auch zum Beheizen einer Frontscheibe geeignet.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sie sowohl einen Feuchtigkeitsbe­ schlag auf der Innenseite als auch eine Eisschicht auf der Außenseite beseitigen kann, ohne dass hierfür mehrere Elemente vorzusehen sind.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einem Intensitätsmaximum im Wellenlängenbe­ reich von 1.700 nm bis 1.900 nm ausgebildet. Dieser Wellenlängenbereich entspricht der maximalen Absorption von Infrarotstrahlung in Wasser. Mit einem solchen Strahler wird selektiv das auf der Scheibe befindliche Wasser erwärmt und aufge­ schmolzen, falls es als Eis vorliegt, oder verdampft, falls es als Flüssigkeitsfilm vor­ liegt. Bei diesem Wellenlängenbereich wird relativ wenig Strahlungsenergie in die Scheibe eingebracht, wodurch die Beständigkeit der Scheibe nicht beeinträchtigt wird.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Infrarot­ strahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einem Intensitätsmaximum im Wel­ lenlängenbereich von mehr als 2.000 nm ausgebildet. Dieser Wellenlängenbereich weist eine hohe Absorption von Infrarotstarhlung in Polycarbonat (PC) auf Polycarbonat ist das geeignetste Material für Kunststoffscheiben für Kraftfahrzeuge. Ein solches Infrarotspektrum ist besonders zum schnellen Aufheizen einer PC- Scheibe geeignet.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand eines in den Zeichnungen dar­ gestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 schematisch einige Anordnungen der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 2 eine Heizeinrichtung in einer Schnittdarstellung, und

Fig. 3 eine schematisch vereinfachtes Blockschaltbild zum Ansteuern der erfin­ dungsgemäßen Heizeinrichtung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 1 in Blickrichtung von hinten durch die Heckscheibe 6. Dieses Kraftfahrzeug 1 weist mehrere Infrarotstrahler 2 in unter­ schiedlichen Anordnungen auf, die an einem Fahrzeug einzeln oder in Kombination vorgesehen werden können.

Ein erster Infrarotstrahler 2/1 ist im Dachhimmel angeordnet.

Zwei weitere Infrarotstrahler 2/2 sind in der seitlichen Türverkleidung angeordnet. In Kopfstützen 3 einer Rückbank 4 des Kraftfahrzeuges 1 ist jeweils ein weiterer In­ frarotstrahler 2/3 angeordnet.

An der Rückseite der Rückbank 4 sind zwei weitere Infrarotstrahler 2/4 angeordnet. Auf einer Hutablage 5 ist ein weiterer Infrarotstrahler 2/5 angeordnet.

Die Strahlungskegel aller Infrarotstrahler 2 sind derart ausgerichtet, dass sie einen großflächigen Bereich der Heckscheibe 6 abdecken.

Mit den Infrarotstrahlern 2 kann die Heckscheibe 6 zum Beseitigen eines Feuchtig­ keitsbeschlags oder zum Abtauen einer Eisschicht bestrahlt werden.

In der Praxis ist es zweckmäßig lediglich einen, zwei oder drei Infrarotstrahler zum Beheizen einer einzelnen Scheibe vorzusehen.

Die Anordnung des bzw. der Infrarotstrahler ist so zu wählen, dass sich möglichst keine Hindernisse im Bereich zwischen dem Strahler 2 und der zu beheizenden Scheibe befinden. Die Anordnung hängt somit unmittelbar von der Geometrie des Fahrzeuges ab und muss an diese angepaßt werden.

Fig. 2 zeigt einen Infrarotstrahler 2 in einer Schnittdarstellung. Dieser Infrarotstrahler 2 weist eine Strahlungsquelle 7 auf, die in einem Reflektor 8 angeordnet ist. Die Strahlungsquelle 7 ist von einer bspw. aus Quarzglas ausgebildeten Abdeckung 9 abgedeckt.

Die Reflektorgeometrie ist derart ausgebildet, dass die zu beheizende Heckscheibe möglichst gleichmäßig, d. h. im wesentlichen mit gleicher Intensität, großflächig be­ strahlt wird.

Als Strahlungsquellen können Röhrenstrahler, birnenförmige Strahler, Punktstrahler oder dergleichen verwendet werden.

Grundsätzlich sollte das Spektrum der Strahlungsquelle im nicht-sichtbaren Infrarot- Bereich liegen, d. h., dass die kürzeste Wellenlänge ca. 800 nm beträgt.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist einer der Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einem Intensitätsmaximum im Wellenlän­ genbereich von mehr als 2.000 nm ausgebildet. Innerhalb dieses Wellenlängenbe­ reichs wird die Infrarotstrahlung zu 90% oder mehr in Polycarbonat absorbiert. Die Wellenlängenbereiche von 2.000 nm bis 2.200 nm und von 2.400 nm bis 2.600 nm entsprechen der maximalen Absorption von Infrarotstrahlen in Polycarbonat.

Im Wellenlängenbereich von 1.600 nm bis 2.000 nm wird Infrarotstrahlung in Poly­ carbonat nur zu etwa 40% absorbiert. Ein solcher Wellenlängenbereich wird bevor­ zugt, wenn eine möglichst gleichmäßige Durchwärmung der Scheibe erzielt werden soll. Besonders bei dicken Scheiben kann eine hohe Absorptionsrate dazu führen, dass lediglich die Scheibe im Bereich ihrer bestrahlten Fläche erhitzt wird, die in der Regel zum Fahrzeuginneren weisend angeordnet ist. So kann es sein, dass eine Eis­ schicht auf der nicht direkt bestrahlten Außenfläche nur sehr langsam aufgetaut wird. Mit einer geringeren Absorptionsrate von z. B. 40% wird sichergestellt, dass ein be­ trächtlicher Anteil der Infrarotstrahlung die Scheibe vollständig durchdringt und sie gleichmäßig erwämt.

Die maximale Absorption von Infrarotstrahlung in Wasser liegt in den Wellenlängen­ bereichen von 1.700 nm bis 1.900 nm und von 2.500 nm bis 2.800 nm. Ist ein Strahler auf diese Wellenlängenbereiche eingestellt, wird das auf der Scheibe befind­ liche Wasser erwärmt und aufgeschmolzen, falls es als Eis vorliegt, oder verdampft, falls es als Flüssigkeitsfilm vorliegt.

Ist der Strahler auf den Wellenlängenbereich von 1.700 nm bis 1.900 nm eingestellt, wird relativ wenig Strahlungsenergie in die Scheibe eingebracht, wodurch selektiv das auf der Scheibe befindliche Wasser erwärmt und die Beständigkeit der Scheibe nicht beeinträchtigt wird. Mit einer solchen Ausführungsform der Erfindung kann die Feuchtigkeit an der zu beheizenden Scheiben einfach und schnell reguliert werden.

Ist der Strahler auf den Wellenlängenbereich von 2.500 nm bis 2.800 nm eingestellt, so werden die Infrarotstrahlen sowohl im Polycarbonat als auch im Wasser beträcht­ lich absorbiert.

Ist der Strahler auf einen Wellenlängenbereich von mehr als 2.800 nm eingestellt, so werden die Infrarotstrahlen überwiegend im Polycarbonat und nicht durch Wasser absorbiert.

Diese unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung sind entsprechend den unterschiedlichen Anwendungen in einem Fahrzeug einzusetzen. Soll z. B. der Feuchtigkeitsbeschlag an den Innenflächen der Fahrzeugscheiben reguliert werden, so genügt ein Strahler mit relativ geringer Leistung, dessen Wellenlängenbereich auf eine maximale Absorption in Wasser und Polycarbonat ausgelegt ist (z. B. 2.500 nm bis 2.800 nm). Ist die Scheibe dick und soll eine auf der Außenfläche befindliche Eis­ schicht abgetaut werden, so ist ein auf den Wellenlängenbereich von 1.700 nm bis 1.900 nm eingestellter Strahler zu bevorzugen.

Fig. 3 zeigt in einem Blockschaltbild schematisch die Schaltung zum Ansteuern zwei­ er Infrarotstrahler 2/6. und 2/7. Der Infrarotstrahler 2/6 ist zum Abstrahlen von Infra­ rotstrahlen mit einem Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von 1.700 nm bis 1.900 nm ausgebildet. Der Infrarotstrahler 2/7 zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einem Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von 2.500 nm bis 2.800 nm ausgebildet. Die Infrarotstrahler 2/6 und 2/7 sind jeweils über einen separaten Strom­ kreis mit einer Spannungsquelle 10 und einer Steuereinrichtung 11 elektrisch ver­ bunden. Die beiden Infrarotstrahler 2/6 und 2/7 können von der Steuereinrichtung 11 unabhängig voneinander angesteuert werden. Die von den Infrarotstrahlern 2/6 und 2/7 abgegebene Infrarotstrahlung ist auf eine Fahrzeugscheibe 6 gerichtet. Die Fahr­ zeugscheibe 6 ist aus Polycarbonat ausgebildet.

Die derart geschalteten Infrarotstrahler werden folgendermaßen betrieben:
Zum Abtauen bzw. beim anfänglichen Beheizen der Fahrzeugscheibe 6 werden für eine vorbestimmte Aufheizperiode von z. B. 2 min bis 10 min beide Strahler 2/6 und 2/7 gleichzeitig betrieben. Der Infrarotstrahler 2/7 strahlt Infrarotstrahlung ab, die so­ wohl von der Fahrzeugscheibe 6 als auch dem darauf befindlichen Wasser absorbiert wird und diese erwärmt. Der Infrarotstrahler 2/6 strahlt Infrarotstrahlung ab, die über­ wiegend von dem auf der Fahrzeugscheibe 6 befindlichen Wasser absorbiert wird und dieses erwärmt. In der Aufheizperiode wird sowohl die Fahrzeugscheibe selbst als auch das darauf befindliche Wasser direkt erwärmt. Hierdurch wird ein schnelles Abtauen einer auf der Fahrzeugscheibe befindlichen Eisschicht als auch ein schnel­ les Verdampfen eines Feuchtigkeitsbelages erzielt.

Danach wird mit einer dosierten Bestrahlung alleine mit dem für Wasser spezifischen Infrarotstrahler 2/6 ein erneutes Beschlagen verhindert bzw. eine Restfeuchtigkeit verdampft. Die von dem Infrarotstrahler 2/6 abgegebene Strahlung wird von der Fahrzeugscheibe geringer absorbiert, so dass dies nicht zu einer Überhitzung der Fahrzeugscheibe 6 führen kann.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung 11 mit einem Temperaturfühler versehen. Bei höheren Temperaturen wird die Strahlungsleistung und Strahlungsdauer abgesenkt und bei niedrigeren Temperaturen entsprechend gesteigert.

Die Erfindung ist oben anhand eines Ausführungsbeispiels mit einer Fahrzeugschei­ be aus Polycarbonat beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auch zum Beheizen einer Fahrzeugscheibe aus einem anderen Kunststoff oder einem gänzlich anderen Material, wie z. B. Glas geeignet. Hierbei ist es zweckmäßig, das abgestrahlte Spektrum auf das jeweilige Material abzustimmen. Das obige Ausführungsbeispiel zeigt eine Anwendung zum Beheizen einer Heckscheibe. Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch möglich eine Frontscheibe oder Seitenscheibe mit einem In­ frarotstrahler zu beheizen.

Die oben beschriebene Spannungsquelle 10 ist die Bordspannung eines Kraftfahr­ zeuges, die in der Regel von einer Batterie und einer Lichtmaschine geliefert wird. Zum Betreiben eines Infrarotstrahlers kann es zweckmäßig sein, einen Spannungs­ wandler in den Stromkreis zum Ansteuern der Infrarotstrahler zu schalten.

Claims (8)

1. Heizeinrichtung für eine Heckscheibe eines Kraftfahrzeuges umfassend einen Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen auf die Heckscheibe, wobei die Heckscheibe aus Polycarbonat ausgebildet ist.

2. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge im Bereich von mehr als ca. 800 nm ausgebildet ist.

3. Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einem Intensitäts­ maximum im Wellenlängenbereich von ca. 1.700 nm bis ca. 1.900 nm ausgebildet ist.

4. Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einem Intensitäts­ maximum im Wellenlängenbereich von ca. 2.500 nm bis ca. 2.800 nm ausgebildet ist.

5. Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge im Bereich von mehr als ca. 2.000 nm bzw. mehr als ca. 2.800 nm ausgebildet ist.

6. Kraftfahrzeug mit einer Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Beheizen einer Heckscheibe, umfassend einen Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen auf die Fahrzeugscheibe, wobei der Infrarotstrahler im Dachhimmel, der Hutablage, eine C- oder D-Säule, einer Kopfstütze angeordnet ist.

7. Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Infrarotstrahler zum Abstrahlen von Infrarotstrahlen mit einem Intensitäts­ maximum im Wellenlängenbereich von ca. 1.700 nm bis ca. 1.900 nm und zum Ab­ strahlen von Infrarotstrahlen mit einem Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von ca. 2.500 nm bis ca. 2.800 nm ausgebildet ist, wobei während einer vorbestimmten Aufheizperiode Infrarotstrahlen mit einem Intensitäts­ maximum zumindest im Wellenlängenbereich von ca. 2.500 nm bis ca. 2.800 nm ab­ gestrahlt werden und nach der Aufheizperiode lediglich Infrarotstrahlen mit einem Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von ca. 1.700 nm bis ca. 1.900 nm ab­ gestrahlt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Aufheizperiode Infrarotstrahlen mit einem Intensitätsmaximum im Wellenlängenbereich von ca. 1.700 nm bis ca. 1.900 nm abgestrahlt werden.