DE102007006403A1

DE102007006403A1 - Vorrichtung zum Heizen

Info

Publication number: DE102007006403A1
Application number: DE200710006403
Authority: DE
Inventors: Michael Weiss
Original assignee: WET Automotive Systems AG
Current assignee: Gentherm GmbH
Priority date: 2007-02-05
Filing date: 2007-02-05
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-02-06
Also published as: DE102007006403B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung (80, 80') zur Erfassung eines Messparameters mit einer Detektoreinrichtung (90) zum Detektieren einer Messgröße. Es ist vorgesehen, dass die Messeinrichtung (80, 80') einen Signalwandler (91) aufweist, um einen von der Detektoreinrichtung (90) ermittelten analogen Messwert in ein digitales Signal umzuwandeln.

Description

Thema der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messeinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Heizelement, eine Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung, einen Sitz und ein Fahrzeug, welche mit einer solchen Messeinrichtung versehen sind.
Stand der Technik
Bisher lassen sich Temperatursensoren z. B. für Sitzheizungen und ihre Anschlusskabel nicht übernähen oder erfordern aufwendige Schutzkonstruktionen in der Nahtgasse. Ergibt sich dennoch ein hochohmiger Kontakt zwischen metallischen Teilen, z. B. dem Sitzrahmen und der Sitzheizung, so wird das Spannungssignal des Sensors verändert, was zur Übermittlung eines falschen Temperaturwertes ausführt.
Gleiches gilt z. B. für Drucksensoren von Sitzbelegungs-Detektoren.
Außerdem werden herkömmliche NTC-Temperatursensoren bei tiefen Temperaturen, bspw. bei ca. –40°C, sehr hochohmig. Falls eine Verbindungsleitung des Temperatursensors oder der Temperatursensor selbst brechen sollte, so würde auch dies ein anscheinend hochohmiges Messergebnis liefern. Es ist deshalb bei solchen Sensoren bei tiefen Temperaturen nicht möglich zwischen einem tiefen Temperaturmesswert und einem technischen Defekt zu unterscheiden.
Problem
Es ist somit ein Problem, Messparameter eingenähter, übernähter, thermisch, mechanisch oder in sonstiger Weise belasteter Messeinrichtungen einem Regelsystem zuverlässig zur Verfügung zu stellen.
Gegenstand der Erfindung
Zur Bereicherung des Standes der Technik wird eine Lösung nach Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung und den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft hinsichtlich ihrer erhöhten Betriebssicherheit und des reduzierten Herstellungsaufwands. Denn eine digitale Informationsübermittlung ist unempfindlich z. B. gegenüber Kontakten zwischen einer Sitzheizung und ihrer Umgebung, die beim Übernähen von Zuleitungen auftreten können. Das System ist grundsätzlich für alle elektromagnetisch geregelten Systeme, insbesondere Sitzheizungen einsetzbar.
Figuren
Im Folgenden werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Diese Ausführungen sollen die Erfindung verständlich machen. Sie haben jedoch nur beispielhaften Charakter. Selbstverständlich lassen sich im Rahmen der Erfindung einzelne oder mehrere beschriebene Merkmale auch weglassen, abwandeln oder ergänzen. Auch können die Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen selbstverständlich untereinander kombiniert werden.
Nachfolgend wird Bezug genommen auf:
1 Draufsicht auf ein Heizelement mit zwei verschiedenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messeinrichtung.
2 Vergrößerte Draufsicht auf die erste Ausführungsform der Messeinrichtung von 1.
3 Vergrößerte Draufsicht auf die zweite Ausführungsform der Messeinrichtung von 1.
4 Perspektivische Ansicht eines Sitzes in Längsschnitt mit einem Heizelement gemäß 3.
5 Fahrzeug mit einem Sitz gemäß 4
Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein flächiges elektrisches Heizelement 1.
Das Heizelement 1 weist mindestens einen flächigen Element-Träger 8 auf. Es kann zweckmäßig sein, dass mindestens einer der Element-Träger 8 zumindest teilweise aus einem Textil, Gewirke, Gestrick, Gewebe, Vlies, einem biegsamen Thermoplasten, einem luftdurchlässigen Material und/oder einer Folie gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel ist ein Element-Träger 8 mit einem Vlies aus synthetischen Fasern vorgesehen.
Das Heizelement 1 weist außerdem mindestens einen Heizleiter 2 auf, der an und/oder in dem Elementträger 8 angeordnet ist sowie Anschlusselektroden 3.
Vorgesehen ist, dass das Heizelement 1 außerdem mindestens eine Verbindungsleitung 6 aufweist, um das Heizelement 1 an seinen Anschlusselektroden 3 mit einer Stromquelle 70 zu verbinden.
Das Heizelement weist zusätzlich mindestens eine Messeinrichtung 80 auf, um Messgrößen am Heizelement zur überwachen, hier die Temperatur des Heizelementes 1. Sie ist in 2 vergrößert gezeigt.
Die Messeinrichtung 80 weist mindestens eine Detektoreinrichtung 90 auf, mit der eine Messgröße erfasst werden kann. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1, 2 und 3 wird die Temperatur erfasst.
Die Messeinrichtung 80 weist außerdem einen Signalwandler 91 auf, der aus dem von der Detektoreinrichtung 90 gemessenen analogen Messwert ein digitales Signal erzeugt. Üblicherweise ist dies ein silizium-basierter Schaltkreis.
Die Messeinrichtung 80 weist mindestens eine Bus-Leitung 85 auf. Unter Bus wird dabei ein Leitungssystem zum Austausch von Daten und/oder Energie zwischen potenziell mehr als zwei Teilnehmern, also von an einen Bus angeschlossenen Komponenten. Die Datenbusleitung 85 weist mindestens zwei Versorgungsleitungen 81 und 82 auf, über die die Messeinrichtung 80 an die Versorgungsspannung der Stromquelle 70 angeschlossen ist, um die Stromversorgung der Messeinrichtung 80 zu gewährleisten. Es ist denkbar, dieselben beiden Leitungen auch zur Übertragung von Mess-Signalen zu benutzen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind hierfür jedoch zwei zusätzliche Steuerleitungen vorgesehen. Im vorliegenden Fall wird nämlich ein serieller Bus, ein I2C-Bus (Inter-Integratet Circuit), mit 4 Leitern 81, 82, 83, 84 eingesetzt. Solche Busse werden benutzt, um Geräte mit geringer Übertragungsgeschwindigkeit an ein eingebettetes System oder eine Hauptplatine anzuschließen. I2C ist kostengünstig und erlaubt einem Mikrocontroller, ein ganzes Netzwerk von Chips mit nur zwei I/O-Pins und einfacher Software zu kontrollieren. Dazu weist er zwei bidirektionale Steuerleitungen auf, nämlich eine Taktleitung 83 und eine Datenleitung 84. Diese sind an ihrem Ende jeweils mit dem Signalwandler 91 verbunden.
Die Taktleitung 83 und die Datenleitung 84 sind an ihrem anderen Ende mit einem Regler 180 angeschlossen. Regler vergleichen kontinuierlich einen von Sensoren durch Messen ermittelten Istwert mit einem Sollwert und ermitteln aus dem Unterschied der beiden Größen (der Regelabweichung) eine Stellgröße, welche eine zu regelnde Regelstrecke z. B. das Heizelement beeinflusst, so dass sich Istwert und Sollwert möglichst nah annähern. Der Reg ler 180 kann bspw. am Kabelbaum eines Heizelementes oder als Teil der Bordelektronik eines Fahrzeuges 1000 vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist das Heizelement mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, um an mehreren Stellen entlang eines Heizleiters 2 oder an mehreren Stellen einer zu beheizenden Fläche die Temperatur überwachen zu können.
Im vorliegenden Fall kommt hierzu eine zweite Messeinrichtung 80' zum Einsatz. Diese ist in 3 vergrößert dargestellt. Sie entspricht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform von 2. Allerdings weist sie statt einer Busanbindung eine eigene Energiequelle 92 auf. Diese gestattet einen autarken Betrieb der Messeinrichtung 80' unabhängig von irgendwelchen Zuleitungen. Diese Energiequelle 92 nutzt in der Umgebung der Messeinrichtung 80' vorhandene Energieströme, um elektrische Energie für die Messeinrichtung 80' zur Verfügung zu stellen. Bspw. kann diese Energieversorgungseinrichtung 92 ein Piezoelement aufweisen, welches aus Druckveränderungen elektrische Spannung erzeugt. Es ist auch denkbar, dass die Energiequelle 92 einen Magneten aufweist, der in einer Induktionsspule elektrische Ströme induziert. Ein solches System wäre bspw. durch Druckwechsel oder Vibrationen in einen Fahrzeugsitz speisbar. Eine weitere Möglichkeit wäre, die Energiequelle mit einem Peltierelement auszustatten, das verschiedene Temperaturen auf seiner Ober- und Unterseite in einen elektrischen Strom umwandelt.
Weiterhin ist die Messeinrichtung 80' mit einer Signalübertragungseinrichtung 93 versehen, die vom Signalwandler 91 erzeugte Signale zumindest abschnittsweise berührungsfrei von der Messeinrichtung 80' zum Regler 180 überträgt. Dies geschieht vorzugsweise per Funk, es ist jedoch auch denkbar, Infrarotstrahlung, Ultraschall oder eine andere geeignete Strahlung oder Wellen zu nutzen. Vorzugsweise ist die Übertragungseinrichtung 93 als Antenne 94 ausgebildet oder weist eine solche auf.
Im Betrieb strömt Strom aus der Stromquelle 70 über eine Verbindungsleitung 6 in die Heizleiter 2 und erwärmt das Heizelement 1. Von dort fließt der Strom dann über die zweite Verbindungsleitung 6 wieder zur Stromquelle zu rück. Der Betrieb des Heizelementes 1 wird dabei von den Messeinrichtungen 80, 80' überwacht. Diese melden ihre Messwerte an den Regler 180. Dieser stellt sicher, dass die Strommenge dem aktuellen Bedarf entspricht und dass die Stromzufuhr zum Heizelement 1 sinnvoller Weise bei Temperaturen zwischen 60°C und 80°C unterbrochen wird.
Wird nun eine der Leitungen 81–84 durchtrennt, so wird die Signalübertragung zwischen Messeinrichtung 80 und Regler 180 unterbrochen. Der Regler erkennt dann, dass eine Störung vorliegt und schaltet die von ihm geregelte Einrichtung, hier das Heizelement auf Notbetrieb und gibt eine Fehlermeldung aus. Alternativ könnte er auch den Messwert mit dem der zweiten Messeinrichtung 80' abgleichen und z. B. den Betrieb mit verminderter Heizleistung weiterführen.
Wird eine der Datenbusleitungen 81–84 nur teilweise durchtrennt, so führt dies durch leicht veränderte Spannungswerte zu einer Verschiebung des Signalpegels. Durch die Digitalität des Signals sind die übertragenen Werte jedoch in einem sehr großen Toleranzbereich immer noch eindeutig auswertbar.
Kommt es zwischen der Messeinrichtung 80 oder einer der Busdatenleitungen 81–84 zu einem elektrischen Kontakt zu der Umgebung, so bewirkt auch dies eine Änderung der Signalpegel in der Busleitung 85. Ist der elektrische Kontakt hochohmig, bspw. weil die Messeinrichtung 80 einen Heizleiter 2 kontaktiert, so ist diese Veränderung der Signalpegel gering. Das digitale Signal der Messeinrichtung 80 kann vom Regler 180 immer noch eindeutig ausgewertet werden. Ist die Verbindung niederohmig, so ist das digitale Signal nicht mehr auswertbar. Der Regler 180 wird dann die von ihm geregelte Einrichtung entsprechend auf Notbetrieb umschalten.
Es kann zweckmäßig sein, ein solches Heizelement bzw. eine solche Messeinrichtung in ein Lenkrad, eine Armauflage, eine Sitz-Auflage, eine Wärmedecke oder z. B. gemäß 4 zeigt in einen Sitz 500 einzubauen. Das Heizelement kann sich in einer Sitzeinlage oder wie hier zwischen der Abde ckungsoberfläche und dem Sitzkissen befinden. Es kann zweckmäßig sein, dass das Heizelement in ein größeres Teilsystem eingebaut ist, um den Sitzbenutzer mit Heizung, Kühlung, Ventilation, etc. zu versorgen.
Die beschriebenen Messeinrichtungen könnten bspw. auch bei flächigen Klimatisierungseinrichtungen, bspw. belüfteten Einlegern oder Matten als Unterkühlschutz genutzt werden. Bei einer solchen Anwendung wird dann die Förderleistung eines Ventilators und/oder die Kühlleistung von Kühlaggregaten, bspw. Peltierelementen, reduziert.
Ein weiterer Anwendungsfall für die beschriebenen Messeinrichtungen sind bspw. Druckmessmatten von Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtungen 200. Diese weisen ein oder mehrere Drucksensoren auf, um das Vorhandensein eines Passagiers auf einem Sitz und ggf. seine Größe, Sitzposition und sein Gewicht zu bestimmen. Um hier die gemessenen Druckwerte frei von Verfälschungen durch Temperatureinflüsse oder mechanische Beschädigungen zu halten, sind beide Arten der beschriebenen Messeinrichtung vorteilhaft. Kommt es hier zu einem Notbetrieb, könnte dies z. B. das Abschalten eines zugehörigen Airbags und/oder eine Ausgabe einer Warnmeldung sein.
Vorzugsweise ist die Sitzbelegungs-Erkennung mit einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet, um an mehreren Stellen einer zu überwachenden Kante oder Fläche den Druck überwachen zu können.
Vorzugsweise sind die Sensoren als Druck-, Temperatur- und/oder als Lichtsensoren ausgelegt. Dadurch kann z. B. gleichzeitig ermittelt werden, ob eine Sitzoberfläche von einem Benutzer belegt ist, wie groß und schwer dieser ist, ob überhaupt eine Temperierung notwendig ist und ob die Temperatur auf gewünschtem Niveau liegt.

Claims

Messeinrichtung (80, 80') zur Erfassung eines Messparameters mit einer Detektoreinrichtung (90) zum Detektieren einer Messgröße, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (80, 80') einen Signalwandler (91) aufweist, um einen von der Detektoreinrichtung (90) ermittelten analogen Messwert in ein digitales Signal umzuwandeln.
Messeinrichtung (80, 80') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (80, 80') mindestens eine Energiequelle aufweist, die mechanische, thermische Feld- und/oder Strahlungsenergie aus der Umgebung der Messeinrichtung (80, 80') in elektrische Energie umwandelt, vorzugsweise aus Wärmeströmen, Vibrationen, Druckwechseln, Tastendruck, Sitzbelegung, Licht, IR-Strahlung und/oder elektromagnetischen Feldern, vorzugsweise mittels mindestens eines Piezokristalls, einer mechanischen Feder, eines Magneten, einer Fotodiode, eines Peltier-Elementes und/oder eines elektrischen Dynamos.
Messeinrichtung (80, 80') nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Datenbusleitung (85) und/oder mindestens eine Signalübertragungseinrichtung (93) zur Abgabe und/oder zum Empfang von Signalen, insbesondere eine Antenne (94), aufweist, um mit anderen technischen Einrichtungen Daten auszutauschen.
Messeinrichtung (80, 80') nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Detektoreinrichtung (90), mindestens ein Signalwandler (91), mindestens eine Signalübertragungseinrichtung (93) und/oder mindestens eine Energiequelle (92) in einer Sensoreinrichtung (100) zusammengefasst und beabstandet zu mindestens einem Regler (180) angeordnet sind.
Heizelement mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand (2), dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Messeinrichtung (80, 80') nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.
Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Messeinrichtung (80, 80') nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.
Sitz (500), dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einer Messeinrichtung (80, 80'), mindestens einem Heizelement (1) und/oder mindestens einer Sitzbelegungs-Erkennungseinrichtung (200) nach einem der voranstehenden Ansprüche versehen ist, insbesondere um die Druckbelastung und/oder die Temperatur einer Sitzoberfläche (501) oder eines im Sitz (500) angeordneten Funktionselementes (503) zu überwachen.
Fahrzeug (1000), dadurch gekennzeichnet, dass es mit mindestens einer Messeinrichtung (80, 80') und/oder mindestens einem Sitz (500) nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgestattet ist.