DE102008060040B4 - Vorrichtung zum Betrieb von transparenten Flächenelementen - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (9) zum Betreiben von einen veränderlichen Transmissionsgrad aufweisenden transparenten Flächenelementen (2 bis 8) in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung (9) aufweist: eine elektrische Energiequelle (9.1) mit einer Quellenspannung (UQ); eine Übertragungsleitung (9.2) und einen eine integrierte Steuereinheit (9.31) aufweisenden Wandler (9.3) zum Wandeln der Quellenspannung (UQ) in eine Wechselspannung (UAC), wobei die Quellenspannung (UQ) eine Gleichspannung ist, gekennzeichnet durch einen unmittelbar an einem transparenten Flächenelement (2 bis 8) angeordneten und dem einen transparenten Flächenelement zugeordneten Transformator (9.4 bis 9.10) zum Erzeugen einer Betriebsspannung (UB) des einen transparenten Flächenelements (2 bis 8) aus der Wechselspannung (UAC), die geringer als die Betriebsspannung (UB) des einen transparenten Flächenelements (2 bis 8) ist, und die Übertragungsleitung (9.2) zwischen dem Wandler (9.3) und dem Transformator (9.4 bis 9.10) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von einen veränderlichen Transmissionsgrad aufweisenden transparenten Flächenelementen in einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus jeder der
US 2005/0231336 A1 US 2006/0158805 A1 US 2008/0204856 - Bezüglich weiteren Standes der Technik wird auf die
US 2008/0231934A1 US 7355161 B2 , dieUS 7179535 B2 , dieUS 2006/0107616 A1 US 2008/0239451 A1 US 5390045 A , dieUS 2008/0283774 A1 DE 10057795 A1 verwiesen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zum Betrieb von transparenten Flächenelementen mit einem veränderlichen Transmissionsgrad in einem Fahrzeug zu schaffen anzugeben.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Aus einer Verwendung nur eines zentralen Steuergerätes zur Steuerung der elektrischen Versorgung der transparenten Flächenelemente resultiert zum einen ein einfacher elektrischer Aufbau der Vorrichtung und zum anderen stark verringerte Kosten im Vergleich zur Verwendung mehrerer Steuergeräte, insbesondere eines separaten Steuergerätes für jedes transparente Flächenelement.
- Wenn es sich bei der elektrischen Energiequelle um eine Fahrzeugbatterie handelt, ist der Wandler ein Wechselrichter, anhand dessen die Quellenspannung der Batterie, insbesondere eine 12-Volt-Quellenspannung, in die Wechselspannung, vorzugsweise eine für Menschen ungefährliche Spannung, z. B. mit einer maximalen Spannungshöhe von 40 Volt, umwandelbar ist. Dadurch ist in gewinnbringender Weise eine Vereinfachung von Sicherheitsmaßnahmen zum Berührungsschutz, d. h. zum Schutz vor einem elektrischen Schlag, erzielbar.
- Aufgrund der Übertragung der elektrischen Energie von der Energiequelle zu den einzelnen Transformatoren in Form einer derartigen Wechselspannung ist keine aufwändige Hochvolt-Übertragungsleitung erforderlich, wobei sich die verwendete Übertragungsleitung aufgrund eines daraus resultierenden verringerten Isolierungsaufwandes nicht nur durch eine hervorragende Flexibilität sondern auch durch ein sehr geringes Gewicht und geringe Kosten auszeichnet.
- Auch sind keine aufwändigen Maßnahmen zur elektrischen Abschirmung der Übertragungsleitung gegenüber weiteren elektrischen und/oder elektronischen Systemen des Fahrzeuges erforderlich, da aus der gewählten Wechselspannung mit geringer Spannungsamplitude eine gute elektromagnetische Verträglichkeit resultiert.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
- Dabei zeigen:
-
1 schematisch ein Fahrzeug mit mehreren transparenten Flächenelementen mit veränderlichem Transmissionsgrad, -
2 schematisch ein elektrisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betrieb der transparenten Flächenelemente gemäß1 ; und -
3 schematisch ein alternatives Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betrieb der transparenten Flächenelemente gemäß1 . - Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt ein Fahrzeug1 mit mehreren transparenten Flächenelementen2 bis8 mit veränderlichem Transmissionsgrad.2 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung9 zum Betrieb der transparenten Flächenelemente2 bis8 . Im Folgenden werden die erfindungsgemäße Vorrichtung9 und eine mittels dieser ausgeführte Steuerung des Transmissionsgrades der transparenten Flächenelemente2 bis8 anhand beider1 und2 gemeinsam erläutert. - Bei den transparenten Flächenelementen
2 bis8 handelt es sich um Glasflächen, insbesondere um ein erstes bewegliches Glas-Schiebedach (Flächenelement2 ), ein zweites festes Glas-Schiebedach (Flächenelement3 ), ein rechtes und ein linkes bewegliches Seitenfenster (Flächenelement4 und Flächenelement8 ), ein rechtes und ein linkes festes Seitenfenster (Flächenelement5 und Flächenelement7 ) sowie um eine Heckscheibe (Flächenelement6 ) des Fahrzeuges1 . - Die transparenten Flächenelemente
2 bis8 weisen jeweils Mittel, insbesondere eine in die Flächenelemente2 bis8 eingebrachte oder auf diese aufgebrachte Folie, auf, deren Transmissionsgrad durch Anlegen einer Betriebsspannung UB, welche eine elektrische Wechselspannung ist, einstellbar ist. Bei den Folien handelt es sich um eine so genannte Suspended-Particle-Device (= SPD), in welche lichtabsorbierende Partikel eingebracht sind, deren maximale Transparenz bei Anlegen der Betriebsspannung UB und deren minimale Transparenz im spannungslosen Zustand erzielbar ist. - Als Energiequelle
9.1 umfasst die Vorrichtung9 im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Batterie, welche als Quellenspannung UQ eine Gleichspannung von 12 Volt aufweist. - Da sich aufgrund einer sehr guten elektromagnetischen Verträglichkeit und aufgrund nicht erforderlicher Hochspannungsvorkehrungen an einer Übertragungsleitung
9.2 insbesondere eine Wechselspannung UAC im Niederspannungsbereich zur Übertragung der elektrischen Energie von der Energiequelle9.1 zu den transparenten Flächenelementen2 bis8 eignet, ist unmittelbar nach der Energiequelle9.1 ein Wandler9.3 , bei dem es sich um einen Wechselrichter handelt, angeordnet. - Mittels des Wandlers
9.3 ist die Quellenspannung UQ in die Wechselspannung UAC umwandelbar, wobei die Wechselspannung UAC vorzugsweise eine maximale Spannungshöhe von 50 Volt aufweist. Der als Wechselrichter ausgebildete Wandler9.3 weist zusätzlich nicht näher dargestellte Mittel, z. B. Hochsetzsteller, Tiefsetzsteller und/oder Transformatoren, zur Einstellung des Spannungsniveaus bzw. der Spannungshöhe der Wechselspannung UAC auf. - Dabei ist beispielsweise auch eine Wechselspannung UAC mit einer maximalen effektiven Spannungshöhe von 5 Volt möglich, woraus der Vorteil resultiert, dass die Wechselspannung UAC direkt aus der Quellenspannung UQ erzeugbar ist, ohne vorherige Erhöhung des Spannungsniveaus. Daraus resultiert in vorteilhafter Weise ein einfacher und kostengünstiger Aufbau des Wandlers.
- Die Wechselspannung UAC ist weiterhin durch eine elektrische Frequenz im Bereich von mehreren Hertz bis mehreren Kilohertz, vorzugsweise von 50 bis 500 Hertz, gekennzeichnet, um eine geringe Leistungsaufnahme der transparenten Flächenelemente
2 bis8 mit veränderlichem Transmissionsgrad zu erzielen. - Besonders vorteilhaft ist, dass eine zentrale Steuereinheit
9.31 mit dem Wandler9.3 gekoppelt oder in diesen integriert ist, anhand derer die Umwandlung der Quellenspannung UQ in die Wechselspannung UAC für alle transparenten Flächenelemente2 bis8 steuerbar ist. Der Wandler9.3 und die Steuereinheit9.31 sind vorzugsweise in einem Metallgehäuse angeordnet und besitzen zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit eine kurze Masseanbindung an die Karosserie des Fahrzeuges1 . - Da die jeweils in oder an den transparenten Flächenelementen
2 bis8 angeordneten Folien eine höhere Betriebsspannung UB als die übertragene Wechselspannung UAC benötigen, beispielsweise 120 oder 140 Volt, ist unmittelbar an jedem transparenten Flächenelement2 bis8 jeweils ein diesem Flächenelement2 bis8 zugeordneter Transformator9.4 bis9.10 angeordnet, anhand dessen aus der Wechselspannung UAC die Betriebsspannung UB erzeugbar ist. - Da die Transformatoren
9.4 bis9.10 ein festes Übersetzungsverhältnis aufweisen, erfolgt die Steuerung des Transmissionsgrades, d. h. der Betriebsspannung UB, durch Einstellung der Spannungshöhe und der Frequenz der Wechselspannung UAC mittels des Wandlers9.3 und der Steuereinheit9.31 , so dass alle transparenten Flächenelemente2 bis8 den gleichen Transmissionsgrad aufweisen. - Um den Transmissionsgrad der transparenten Flächenelemente
2 bis8 in Stufen oder stufenlos zu steuern, ist im Fahrzeuginnenraum eine nicht näher dargestellte Bedieneinheit angeordnet, wobei anhand der Bedieneinheit der Wandler9.3 und/oder die Steuereinheit9.31 derart steuerbar sind, dass der Transmissionsgrad der transparenten Flächenelemente2 bis8 steuer- und einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist die Bedieneinheit direkt oder über einen Datenbus, beispielsweise einen CAN-Bus, mit der Steuereinheit9.31 verbunden. - Gemäß des Blockschaltbildes in
2 sind alternativ dem rechten beweglichen und dem rechten festen Seitenfenster (Flächenelement4 und Flächenelement5 ) nur ein Transformator9.6 und dem linken beweglichen und dem linken festen Seitenfenster (Flächenelement7 und Flächenelement8 ) nur ein Transformator9.8 zugeordnet, so dass für diese Seitenfenster einer Fahrzeugtür nur ein Transformator9.6 bzw.9.8 eingesetzt wird. Diese Alternative kann gewählt werden, sofern die Verkabelung UB2 bzw. UB5 zu den Flächenelementen (4 ,5 ,7 ,8 ) dies zulässt. - Um die Transformatoren
9.4 bis9.10 möglichst kleinbauend ausführen zu können, eignen sich insbesondere Frequenzen der Wechselspannung UAC und der Betriebsspannung UB im Bereich von einigen Hertz bis mehreren Kilohertz, insbesondere von 50 bis 500 Hertz, da aufgrund einer hohen elektrischen Kapazität der transparenten Flächenelemente2 bis8 der Betriebsstrom und somit die notwendige elektrische Leistung bei einer Erhöhung der Frequenz ansteigt. - Die Transformatoren
9.4 bis9.10 sind vorzugsweise in einem Gehäuse, beispielsweise einem Kunststoffgehäuse oder Metallgehäuse, angeordnet, wobei das Gehäuse staub- und flüssigkeitsdicht ausgebildet ist. Weiterhin sind die Blechpakete der Transformatoren9.4 bis9.10 aus möglichst dünnen Blechen, vorzugsweise mit einer Dicke von 0,2 mm, gebildet, so dass bei der Frequenz von beispielsweise ca. 500 Hz Verluste minimierbar sind. Auch ist eine elektrische Leistung der Transformatoren9.4 bis9.10 an die Größe der transparenten Flächenelemente2 bis8 angepasst, da mit steigender Größe der transparenten Flächenelemente2 bis8 die notwendige Leistung zur Änderung des Transparenzgrades steigt. - Dabei sind die Transformatoren
9.4 bis9.10 unmittelbar an den transparenten Flächenelementen2 bis8 mittels kraft-, stoff- und/oder formschlüssiger Verbindungstechniken befestigt. - Diese kraft-, stoff- und/oder formschlüssige Verbindung ist beispielsweise mittels einer direkten Verklebung, Aufvulkanisierung, einem Verguss und/oder einem Anspritzen der Transformatoren
9.4 bis9.10 auf den transparenten Flächenelementen2 bis8 erzeugbar, wobei die transparenten Flächenelemente2 bis8 und die Transformatoren9.4 bis9.10 jeweils zueinander korrespondierende, nicht näher dargestellte elektrische Anschlusselemente aufweisen, welche insbesondere sich gegenüberliegend angeordnet sind. - Alternativ bilden die an den transparenten Flächenelementen
2 bis8 und den Transformatoren9.4 bis9.10 angeordneten elektrischen Anschlusselemente Befestigungsmittel zur Befestigung der Transformatoren9.4 bis9.10 an den transparenten Flächenelementen2 bis8 . Hierbei sind die Anschlusselemente vorzugsweise als metallische Druckknöpfe ausgebildet, welche sich einerseits zur Übertragung der elektrischen Energie und anderseits zu einer Befestigung der Transformatoren9.4 bis9.10 an den transparenten Flächenelementen2 bis8 eignen. Die zur Bildung eines Druckknopfes erforderlichen und zueinander korrespondierenden Druckknopfhälften sind vorzugsweise auf die Transformatoren9.4 bis9.10 und die transparenten Flächenelemente2 bis8 aufgeklebt und/oder in diese integriert. -
3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung9 zum Betrieb der transparenten Flächenelemente2 bis8 in einer stark vereinfachten Darstellung, wobei mittels der im Ausführungsbeispiel dargestellten Vorrichtung9 die Transmissionsgrade der transparenten Flächenelemente2 bis8 separat steuerbar sind. - Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung
9 mehrere Wandler9.11 bis9.15 mit jeweils einer Steuereinheit9.21 bis9.25 , die jeweils mittels der bereits beschriebenen Bedieneinheit steuerbar sind, so dass Quellenspannung UQ derart in Wechselspannungen UAC1 bis UAC5 mit verschiedenen Spannungshöhen und/oder Frequenzen umwandelbar sind, das für die Flächenelemente2 bis8 aufgrund der daraus folgenden Betriebsspannungen UB1 bis UB5 mit unterschiedlichen Spannungshöhen und/oder Frequenzen eine getrennte Steuerung des Transmissionsgrades möglich ist. - Vorzugsweise sind die Wandler
9.11 bis9.15 und die Steuereinheiten9.21 bis9.25 in einem Steuergerät9.3 integriert. Auch die Steuereinheiten9.21 bis9.25 können in einer Steuereinheit9.31 zusammengefasst sein. - Dem rechten beweglichen und dem rechten festen Seitenfenster (Flächenelement
4 und Flächenelement5 ) sind dabei wiederum nur ein Transformator9.6 und dem linken beweglichen und dem linken festen Seitenfenster (Flächenelement7 und Flächenelement8 ) nur ein Transformator9.8 zugeordnet, so dass für diese Seitenfenster einer Fahrzeugtür der gleichen Transmissionsgrad einstellbar ist. - Alternativ zu der dargestellten Vorrichtung
9 ist es in nicht näher dargestellter Weise ebenfalls möglich, jedem der Flächenelemente2 bis8 jeweils einen Wandler mit integrierter Steuereinheit und jeweils einen Transformator zuzuordnen, so dass der Transmissionsgrad für jedes der Flächenelemente2 bis8 separat einstellbar ist. - Zusammenfassend ist es mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Weiterbildung dieser möglich, den Transmissionsgrad effektiv, d. h. mit geringen Verlusten, und kostengünstig zu steuern. Weiterhin sind die zu übertragenden Spannungen, insbesondere die Wechselspannung UAC, gering, so dass keine aufwändigen Schutzmaßnahmen erforderlich sind.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug
- 2 bis 8
- Flächenelement
- 9
- Vorrichtung
- 9.1
- Energiequelle
- 9.2
- Übertragungsleitung
- 9.3
- Wandler
- 9.31
- Steuereinheit
- 9.4 bis 9.10
- Transformator
- 9.11 bis 9.15
- Wandler
- 9.21 bis 9.25
- Steuereinheit
- UAC
- Wechselspannung
- UB
- Betriebsspannung
- UAC1 bis UAC5
- Wechselspannung
- UB1 bis UB5
- Betriebsspannung
- UQ
- Quellenspannung
Claims (8)
- Vorrichtung (
9 ) zum Betreiben von einen veränderlichen Transmissionsgrad aufweisenden transparenten Flächenelementen (2 bis8 ) in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung (9 ) aufweist: eine elektrische Energiequelle (9.1 ) mit einer Quellenspannung (UQ); eine Übertragungsleitung (9.2 ) und einen eine integrierte Steuereinheit (9.31 ) aufweisenden Wandler (9.3 ) zum Wandeln der Quellenspannung (UQ) in eine Wechselspannung (UAC), wobei die Quellenspannung (UQ) eine Gleichspannung ist, gekennzeichnet durch einen unmittelbar an einem transparenten Flächenelement (2 bis8 ) angeordneten und dem einen transparenten Flächenelement zugeordneten Transformator (9.4 bis9.10 ) zum Erzeugen einer Betriebsspannung (UB) des einen transparenten Flächenelements (2 bis8 ) aus der Wechselspannung (UAC), die geringer als die Betriebsspannung (UB) des einen transparenten Flächenelements (2 bis8 ) ist, und die Übertragungsleitung (9.2 ) zwischen dem Wandler (9.3 ) und dem Transformator (9.4 bis9.10 ) angeordnet ist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Flächenelemente (
2 bis8 ) Suspended-Particle-Device-Folien aufweisen, die in die transparenten Flächenelemente (2 bis8 ) eingebracht oder auf die transparenten Flächenelemente (2 bis8 ) aufgebracht sind. - Vorrichtung (
9 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Transformator (9.4 bis9.10 ) mittels einer stoff-, kraft- oder formschlüssigen Verbindung an jeweils einem transparenten Flächenelement (2 bis8 ) befestigt ist. - Vorrichtung (
9 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den transparenten Flächenelementen (2 bis8 ) und den Transformatoren (9.4 bis9.10 ) jeweils zueinander korrespondierende elektrische Anschlusselemente angeordnet sind. - Vorrichtung (
9 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die an den transparenten Flächenelementen (2 bis8 ) und den Transformatoren (9.4 bis9.10 ) angeordneten elektrischen Anschlusselemente Befestigungsmittel zum Befestigen der Transformatoren (9.4 bis9.10 ) an den transparenten Flächenelementen (2 bis8 ) bilden. - Vorrichtung (
9 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (9.3 ) ein Wechselrichter ist. - Vorrichtung (
9 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedieneinheit zum derartigen Einstellen der Betriebsspannung (UB) vorgesehen ist, dass der Transmissionsgrad steuerbar ist. - Vorrichtung (
9 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (9.1 ) eine Batterie des Fahrzeugs (1 ) ist.
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Owner name: MERCEDES-BENZ GROUP AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE Owner name: DAIMLER AG, DE Free format text: FORMER OWNER: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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