DE10116281A1

DE10116281A1 - Heating device for automobile windscreen has electric heating elements split into two groups for providing respective heating fields

Info

Publication number: DE10116281A1
Application number: DE2001116281
Authority: DE
Inventors: Ingo Boeckmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-03-31
Filing date: 2001-03-31
Publication date: 2002-10-02

Abstract

The heating device (1) has a number of electric heating elements (7,8) incorporated in the windscreen or applied to its surface, the overall number of heating elements electrically connected in 2 groups for providing respective heating fields (2,3) providing 2 heating loads, operated individually or in conjunction. An Independent claim for an operating method for a heating device for an automobile windscreen is also included.

Description

Die Erfindung betrifft eine Beheizungseinrichtung für die Scheiben eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a heating device for the windows of a motor vehicle according to the preamble of claim 1.

Eine gattungsgemäße Beheizungseinrichtung ist aus der DE 195 33 761 A1 bekannt.A generic heating device is known from DE 195 33 761 A1.

Bei der bekannten Beheizungseinrichtung ist zur Steuerung der Zufuhr der elektrischen Heizenergie eine Steuerschaltung vorgesehen, die einstellbare Mittel zur Einstellung der Heizleistungsabgabe der Scheibe auf einen gewünschten Wert umfaßt. Als konkrete Ausführung ist dort eine Steuerschaltung mit einem Thyristor angegeben.In the known heating device is used to control the supply of electrical Heating energy provided a control circuit, the adjustable means for setting the Heat output of the disc includes a desired value. As concrete Execution there is a control circuit with a thyristor specified.

Derartige Leistungsregelungen für die relativ viel Energie aufnehmenden Beheizungseinrichtungen von Scheiben sind verhältnismäßig aufwendig und teuer. Es besteht dennoch Bedarf, insbesondere bei ohnehin häufig stark ausgelasteten Bordnetzen in Kraftfahrzeugen, die Energieaufnahme von Beheizungseinrichtungen für Scheiben den Bedürfnissen anpassen zu können.Such power regulations for the relatively high energy consumption Window heating devices are relatively complex and expensive. It there is still a need, especially for those who are often very busy anyway Vehicle electrical systems, the energy consumption of heating devices for To be able to adapt panes to the needs.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Beheizungseinrichtung für die Scheiben eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei der auf einfache und kostengünstige Weise eine Veränderung und Anpassung der Heizleistung mit geringem Schaltungs- und Kostenaufwand möglich ist.The invention is therefore based on the object of a heating device for the Specify windows of a motor vehicle in the simple and inexpensive Way a change and adjustment of the heating output with low switching and Expense is possible.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the invention specified in claim 1. Further developments and advantageous refinements of the invention are in the Subclaims specified.

Die Erfindung hat den Vorteil, auf bestehenden Konzepten und Technologien zur Herstellung von Beheizungseinrichtungen für Kraftfahrzeugscheiben aufzubauen und die Anpassung der Heizleistung durch eine Änderung der Kontaktierung der einzelnen Heizelemente, bei denen es sich im allgemeinen um Heizdrähte handelt, zu ermöglichen. Die Herstellung der beheizbaren Scheiben wird hierdurch in keiner Weise aufwendiger oder kostenträchtiger. Außerdem werden aufwendige und komplizierte Steuerschaltungen zur Leistungsregelung der Heizleistung vermieden. Ein weiterer Vorteil ist, daß das Heizfeld in seinem Erscheinungsbild gleich bleibt und sich optisch nicht von bisher verwendeten Heizfeldern unterscheidet. So bleiben Anzahl und Größe der Heizelemente sowie deren Lage unverändert. Auch die Baugröße ist wie bei bisherigen Verbundglasheizungen.The invention has the advantage of being based on existing concepts and technologies Manufacture and build the production of heating devices for motor vehicle windows Adjustment of the heating output by changing the contacting of the individual Heating elements, which are generally heating wires, too enable. This does not in any way produce the heated disks more complex or costly. It also becomes elaborate and complicated Control circuits for regulating the output of the heating output avoided. Another The advantage is that the heating field remains the same in appearance and visually not different from previously used heating fields. So the number and size remain of the heating elements and their position unchanged. The size is also the same as for previous laminated glass heaters.

Durch Verwendung eines ersten Widerstandswerts für das erste Heizfeld und eines zweiten Widerstandswerts für das zweite Heizfeld sind durch Anwendung der Schaltungsarten Einzelbetrieb, Reihenschaltung und Parallelschaltung der Heizfelder mindestens drei, bei voneinander verschiedenen Werten des ersten und des zweiten Widerstandswerts sogar vier Einstellmöglichkeiten für die Heizleistung gegeben.By using a first resistance value for the first heating field and one second resistance value for the second heating field are by using the Switching modes single operation, series connection and parallel connection of the heating fields at least three, with different values of the first and the second Resistance value even four setting options for the heating output.

In Verbindung mit einer Anwendung der erfindungsgemäßen Beheizungseinrichtung in einem Zweispannungs-Bordnetz ergeben sich weitere vorteilhafte Kombinationsmöglichkeiten und Einstellmöglichkeiten für die Heizleistung. So kann bei einem auf die verschiedenen Bordnetzspannungen günstig abgestimmten Verhältnis der Widerstandswerte des ersten und des zweiten Heizfelds eine Einstellung der Heizleistung in acht Stufen erfolgen, ohne daß eine aufwendige Leistungsregelung erforderlich ist.In connection with an application of the heating device according to the invention in a dual-voltage electrical system results in further advantageous Combination options and setting options for the heating output. So at a ratio of the to the various vehicle electrical system voltages that is favorable Resistance values of the first and the second heating field an adjustment of the Heating output takes place in eight stages without complex power control is required.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.The invention is described below using an exemplary embodiment explained in more detail by drawings.

Es zeigenShow it

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Beheizungseinrichtung und Fig. 1 shows the basic structure of the heating device according to the invention and

Fig. 2 eine Anwendung der erfindungsgemäßen Beheizungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug. Fig. 2 shows an application of the heating device according to the invention in a motor vehicle.

In den Figuren werden für einander entsprechende Teile und Signale gleiche Bezugszeichen verwendet.Corresponding parts and signals are the same in the figures Reference numerals used.

Die in der Fig. 1 dargestellte Beheizungseinrichtung 1 für die Scheibe eines Kraftfahrzeuges weist eine Vielzahl von elektrischen Heizelementen 7, 8 in Form von Heizdrähten auf, die infolge ihres elektrischen Widerstands bei einer Beaufschlagung mit elektrischem Strom Wärme an die Umgebung abgeben. Die Heizelemente 7, 8 sind auf der Oberfläche oder innerhalb der Scheibe angeordnet. In der Fig. 1 ist eine im wesentlichen parallele Anordnung der Heizelemente 7, 8 dargestellt. Vorteilhaft sind auch ineinander verschachtelte oder miteinander verflochtene Heizelemente.The heating device shown in FIG. 1 1 for the windscreen of a motor vehicle has a plurality of electrical heating elements 7, 8 in the form of heating wires, which release due to its electrical resistance when subjected to electric current heat to the environment. The heating elements 7 , 8 are arranged on the surface or inside the pane. An essentially parallel arrangement of the heating elements 7 , 8 is shown in FIG. 1. Heating elements which are nested or interwoven with one another are also advantageous.

Die Heizelemente 7, 8 sind in zwei Gruppen aufgeteilt, die Heizfelder 2, 3 bilden. Hierbei sind dem Heizfeld 2 die Heizelemente 7 und dem Heizfeld 3 die Heizelemente 8 zugeordnet. Die Heizelemente des Heizfelds 2 sind an ihrem einen Ende über eine im wesentlichen rechtwinklig zu den Heizelementen verlaufenden Kontaktschiene 4 miteinander elektrisch verbunden. Die Heizelemente des Heizfelds 3 sind über eine weitere Kontaktschiene 5, die von der Kontaktschiene 4 elektrisch isoliert ist, an ihrem einen Ende miteinander elektrisch verbunden. Zur Vermeidung eines unerwünschten Kontakts zwischen den Kontaktschienen 4, 5 ist zwischen diesen eine Isolierschicht 6 angeordnet. Die Isolierschicht 6 kann beispielsweise aus einem Kunststoffband bestehen. An dem anderen Ende sind die Heizelemente 7, 8 über eine gemeinsame Kontaktschiene 9 miteinander elektrisch verbunden. Die Kontaktschiene 9 dient vorzugsweise als Masseanschluß der Beheizungseinrichtung 1.The heating elements 7 , 8 are divided into two groups, which form heating fields 2 , 3 . In this case, the heating elements 2 are assigned the heating elements 7 and the heating elements 3 the heating elements 8 . The heating elements of the heating field 2 are electrically connected together at one end by a substantially perpendicular to the heating elements extending contact rail. 4 The heating elements of the heating field 3 are electrically connected to one another at one end via a further contact rail 5 , which is electrically insulated from the contact rail 4 . To avoid undesired contact between the contact rails 4 , 5 , an insulating layer 6 is arranged between them. The insulating layer 6 can for example consist of a plastic tape. At the other end, the heating elements 7 , 8 are electrically connected to one another via a common contact rail 9 . The contact rail 9 preferably serves as a ground connection of the heating device 1 .

Die Beheizungseinrichtung 1 ist über eine Leitung 10 mit der Fahrzeugmasse verbunden. Über Leitungen 11, 12 sind die Kontaktschienen 4, 5 mit der Betriebsspannung verbindbar, wie im folgenden noch näher beschrieben wird.The heating device 1 is connected to the vehicle mass via a line 10 . The contact rails 4 , 5 can be connected to the operating voltage via lines 11 , 12 , as will be described in more detail below.

Anhand der Fig. 2 wird eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Beheizungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug 20 sowie ein Verfahren zum Betrieb der Beheizungseinrichtung beschrieben. Die gemäß Fig. 2 vorzugsweise in oder an der Heckscheibe des Kraftfahrzeugs 20 angeordnete Beheizungseinrichtung 1 ist über die schon genannten Leitungen 11, 12 mit einem elektrischen Steuergerät 21 verbunden. Über die Leitung 10 ist die Beheizungseinrichtung 1 mit der Fahrzeugmasse verbunden. Das Steuergerät 21 ist seinerseits mit den Bordnetzspannungen U₁, U₂ eines Zweispannungs-Bordnetzes verbunden. Desweiteren ist das Steuergerät 21 ebenfalls mit der Fahrzeugmasse verbunden. Bei dem Zweispannungs-Bordnetz in dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein 42 V/12 V-Netz.A preferred application of the heating device according to the invention in a motor vehicle 20 and a method for operating the heating device are described with reference to FIG. 2. The heating device 1, which is preferably arranged in or on the rear window of the motor vehicle 20 according to FIG. 2, is connected to an electrical control unit 21 via the lines 11 , 12 already mentioned. The heating device 1 is connected to the vehicle mass via the line 10 . The control unit 21 is in turn connected to the vehicle electrical system voltages U ₁ , U _{2 of} a dual voltage vehicle electrical system. Furthermore, the control unit 21 is also connected to the vehicle mass. The dual-voltage electrical system in the vehicle is preferably a 42 V / 12 V network.

Das Steuergerät 21 empfängt ein Steuersignal S, anhand dessen es die Leitungen 11, 12 mit den Bordnetzspannungen U₁, U₂ in der nachfolgend erläuterten Weise verbindet und somit die Beheizungseinrichtung bezüglich ihrer Heizleistung variabel ansteuert. The control unit 21 receives a control signal S, on the basis of which it connects the lines 11 , 12 to the vehicle electrical system voltages U ₁ , U ₂ in the manner explained below and thus controls the heating device in terms of its heating output in a variable manner.

Das Signal S kann beispielsweise über einen CAN-Datenbus von einem anderen Steuergerät übertragen werden.The signal S can, for example, be sent from another via a CAN data bus Control unit are transmitted.

Das Steuergerät 21 ist mit einer Matrix von elektrischen oder elektronischen Schaltern bestückt, mittels derer es die Heizfelder 2, 3 über die Leitungen 11, 12 einzeln, in Reihe oder parallel mit einer der Bordnetzspannungen U₁, U₂ verbinden kann. Als Schaltelemente kommen beispielsweise elektromechanische Relais oder auch Halbleiterschalter wie etwa Feldeffekttransistoren in Betracht. In Abhängigkeit von dem Steuersignal S werden dann die gewünschten Verbindungen hergestellt. Das Steuersignal S stellt dabei eine Heizleistungsanforderung dar. Eine bevorzugte Zuordnungs- bzw. Verbindungsliste für die Schaltzustände des Steuergerätes 21 ist nachfolgend für das Zweispannungs-Bordnetz wiedergegeben. Bei Anwendung eines Einspannungsbordnetzes gilt die nachfolgende Tabelle ebenfalls, wobei dann eine der Spannungen U₁, U₂ entfällt. Hierbei stellen kleine Werte für S einen geringen bzw. keinen Heizbedarf dar, große Werte stellen einen großen Heizbedarf dar.
The control unit 21 is equipped with a matrix of electrical or electronic switches, by means of which it can connect the heating fields 2 , 3 individually, in series or in parallel with one of the vehicle electrical system voltages U ₁ , U ₂ via the lines 11 , 12 . As switching elements, for example, electromechanical relays or semiconductor switches such as field-effect transistors come into consideration. The desired connections are then established as a function of the control signal S. The control signal S represents a heating output request. A preferred assignment or connection list for the switching states of the control unit 21 is given below for the dual-voltage electrical system. When using an on-board electrical system, the following table also applies, in which case one of the voltages U ₁ , U _{2 is} omitted. Small values for S represent little or no heating requirement, large values represent large heating requirements.

In dieser Tabelle bezeichnet R₁ den Widerstandwert des Heizfeldes 2 und R₂ den Widerstandwert des Heizfeldes 3. Die Angabe R₁∥R₂ bezeichnet eine Parallelschaltung der Heizfelder 2, 3. Die Angabe R₁ + R₂ bezeichnet eine Reihenschaltung der Heizfelder 2, 3. Der Wert R₁ ist hierbei größer als der Wert R₂, die Spannung U₁ ist größer als die Spannung U₂.In this table, R ₁ denotes the resistance value of the heating field 2 and R ₂ the resistance value of the heating field 3 . The specification R ₁ ∥R ₂ denotes a parallel connection of the heating fields 2 , 3 . The specification R ₁ + R ₂ denotes a series connection of the heating fields 2 , 3 . The value R ₁ is greater than the value R ₂ , the voltage U ₁ is greater than the voltage U ₂ .

Die resultierenden Widerstandswerte der Heizfelder können den gleichen Wert aufweisen. In diesem Fall sind drei mögliche Heizleistungen für die Beheizungseinrichtung pro Bordnetzspannung einstellbar. Bei unterschiedlicher Wahl der Widerstandswerte sind sogar vier Heizleistungen einstellbar. Im Falle eines Zweispannungs-Bordnetzes mit den Spannungen 42 V/12 V eignen sich Werte um 1,7 für das Verhältnis der Widerstandswerte der Heizfelder zueinander besonders gut. In diesem Fall ergibt sich eine gleichmäßige und vom Anwender als angenehm abgestuft empfundene Abstufung der Heizleistungen der Beheizungseinrichtung 1. Allgemeiner gesagt sind Widerstandsverhältnisse im Bereich von 1,5 bis 2 noch gut geeignet.The resulting resistance values of the heating fields can have the same value. In this case, three possible heating outputs for the heating device can be set per vehicle electrical system voltage. If the resistance values are selected differently, four heating outputs can even be set. In the case of a dual-voltage electrical system with the voltages 42 V / 12 V, values around 1.7 are particularly well suited to the ratio of the resistance values of the heating fields to one another. In this case, there is a uniform gradation of the heating outputs of the heating device 1 which the user perceives as pleasantly graded. Generally speaking, resistance ratios in the range of 1.5 to 2 are still well suited.

Es ist vorteilhaft, die Heizleistung der Beheizungseinrichtung nach bestimmten Bedarfsarten zu steuern. So sind als Bedarfsarten z. B. Enteisung der Scheibe, Normal- bzw. Dauerbetrieb sowie Beschlagfreiheit der Scheibe zu unterscheiden. Diese Bedarfsarten können noch mit den Signalen einer Temperaturmeßeinrichtung verknüpft werden, da bei relativ niedrigen Außentemperaturen der Beheizungsbedarf bei vorgegebener Bedarfsart größer sein kann als bei höheren Außentemperaturen. Insgesamt kann der Beheizungsbedarf vorzugsweise nach folgenden Regeln in das Steuersignal S umgewandelt werden:
It is advantageous to control the heating power of the heating device according to certain types of needs. So are as need types such. B. to differentiate between defrosting of the pane, normal or continuous operation and anti-fogging of the pane. These types of requirements can also be linked to the signals of a temperature measuring device, since at relatively low outside temperatures the heating requirement for a given type of requirement can be greater than at higher outside temperatures. Overall, the heating requirement can preferably be converted into the control signal S according to the following rules:

Die Bedarfsart kann z. B. von dem Benutzer des Fahrzeuges durch einen mehrstufigen Schalter vorgegeben werden. Es sind auch noch weitere Bedarfsarten denkbar.The need type can e.g. B. by the user of the vehicle through a multi-stage Switches are specified. Other types of requirements are also conceivable.

Claims

1. Heating device ( 1 ) for at least one pane of a motor vehicle ( 20 ) with a number of electrical heating elements ( 7 , 8 ) arranged inside or on the surface of the pane, characterized in that a first part number ( 7 ) of the heating elements ( 7 , 8 ) is electrically connected to a first heating field ( 2 ) and a second part number ( 8 ) of the heating elements ( 7 , 8 ) is electrically connected to a second heating field ( 3 ).

2. Heating device according to claim 1, characterized in that the first heating field ( 2 ) is intended to deliver a first heating power and the second heating field ( 3 ) is intended to deliver a second heating power.

3. Heating device according to claim 2, characterized in that the first Heating power is equal to the second heating power.

4. Heating device according to claim 2, characterized in that the first Heating power is different from the second heating power.

5. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating elements ( 7 , 8 ) are designed as electrical resistance elements.

6. Heating device according to claim 5, characterized in that the first heating field ( 2 ) has a first electrical resistance value (R ₁ ) and the second heating field has a second electrical resistance value (R ₂ ).

7. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second heating field ( 2 , 3 ) are nested or intertwined.

8. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating elements ( 7 ) of the first heating field ( 2 ) run substantially parallel to the heating elements ( 8 ) of the second heating field ( 3 ).

9. Heating device according to one of the preceding claims, characterized in that the heating fields ( 2 , 3 ) of their respective associated contact rails ( 4 , 5 ) are supplied with electrical current, the contact rails ( 4 , 5 ) by an insulating layer ( 6 ) are electrically separated from each other.

10. A method for operating a heating device ( 1 ) for at least one pane of a motor vehicle ( 20 ), in particular according to one of the preceding claims, characterized in that at least a first and a second heating field ( 2 , 3 ) are provided, which can be switched on separately , and that the connection of the heating fields ( 2 , 3 ) is controlled depending on the heating requirements of the pane.

11. The method according to claim 10, characterized in that the heating fields ( 2 , 3 ) can be operated in at least two of the operating modes individual operation, parallel connection and series connection.

12. The method according to claim 11, characterized in that the operating mode parallel connection is used for defrosting the window, the operating mode single operation is a normal operation of the heating device ( 1 ) and the circuit type series connection is used to avoid fogging of the window.