DE102010056203A1

DE102010056203A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb von transparenten Flächenelementen

Info

Publication number: DE102010056203A1
Application number: DE102010056203A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Czerwinski Michael; Dipl.-Ing. Luka Jürgen; Dipl.-Ing. Schmid Erwin
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2012-02-09
Also published as: WO2012016625A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb von transparenten Flächenelementen (2 bis 8), insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad, umfassend zumindest eine elektrische Energiequelle (10), zumindest eine Übertragungsleitung (11) und zumindest einen Wandler (12) zur Umwandlung einer Quellenspannung (UQ) der Energiequelle (10) in eine erste Wechselspannung (UAC1) und umfassend jeweils einen unmittelbar an einem transparenten Flächenelement (2 bis 8) angeordneten Transformator (14 bis 20) zur Umwandlung der ersten Wechselspannung (UAC1). Erfindungemäß umfasst der Wandler (12) zur Umwandlung der Quellenspannung (UQ) in die erste Wechselspannung (UAC1) zumindest eine analoge Oszillatorschaltung (13). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb von transparenten Flächenelementen (2 bis 8), insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad, wobei mittels einer elektrischen Energiequelle (10) eine Quellenspannung (UQ) erzeugt wird, die anhand zumindest einer Übertragungsleitung (11) an zumindest einen Wandler (12) zur Umwandlung der Quellenspannung (UQ) in eine erste Wechselspannung (UAC1) übertragen wird, wobei anhand jeweils eines unmittelbar an einem transparenten Flächenelement (2 bis 8) angeordneten Transformators (14 bis 20) die erste Wechselspannung (UAC1) umgewandelt wird. Erfindungsgemäß wird die erste Quellenspannung (UQ) mittels einer analogen Oszillatorschaltung (13) des Wandlers (12) in die erste Wechselspannung (UAC1) umgewandelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb von transparenten Flächenelementen, insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad, umfassend zumindest eine elektrische Energiequelle, zumindest eine Übertragungsleitung und zumindest einen Wandler zur Umwandlung einer Quellenspannung der Energiequelle in eine erste Wechselspannung und umfassend jeweils einen unmittelbar an einem transparenten Flächenelement angeordneten Transformator zur Umwandlung der ersten Wechselspannung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb von transparenten Flächenelementen, insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad, wobei mittels einer elektrischen Energiequelle eine Quellenspannung erzeugt wird, die anhand einer Übertragungsleitung an einen Wandler zur Umwandlung der Quellenspannung in eine erste Wechselspannung übertragen wird, wobei anhand jeweils eines unmittelbar an einem transparenten Flächenelement angeordneten Transformators die erste Wechselspannung umgewandelt wird.
Aus der DE 10 2008 060 040 A1 ist eine Vorrichtung zum Betrieb von transparenten Flächenelementen, insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad bekannt. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine elektrische Energiequelle mit einer Quellenspannung, zumindest eine Übertragungsleitung und Mittel zur Umwandlung der Quellenspannung in eine Betriebsspannung der transparenten Flächenelemente. Dabei umfassen die Mittel einen Wandler mit einer integrierten Steuereinheit, mittels welchem die Quellenspannung in eine Wechselspannung umwandelbar ist, die geringer als die Betriebsspannung ist, und unmittelbar an jedem transparenten Flächenelement jeweils einen diesem Flächenelement zugeordneten Transformator, anhand dessen aus der Wechselspannung die Betriebsspannung erzeugbar ist.
Weiterhin ist aus der US 6,804,040 B2 eine Vorrichtung zur Steuerung einer elektrischen Spannung zur Versorgung einer so genannten ”Suspended-Particle-Device” bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen elektrischen Anschluss zum Empfang eines Wechselspannungssignals, eine Aufteileinheit zur Aufteilung des Wechselspannungssignals in mehrere eigenständige Spannungssignale innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, eine Steuereinheit zur Steuerung der Aufteileinheit, um einen ausgewählten, auf einer Spannungsniveau-Information basierenden Spannungswert bereitzustellen und einen elektrischen Anschluss zur Bereitstellung des ausgewählten Spannungsniveaus an der ”Suspended-Particle-Device”. Die Spannungsniveau-Information ist mittels einer Eingabeeinheit oder von einer Fotozelle, welche eine Lichtstärke an der ”Suspended-Particle-Device” erfasst, vorgebbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb von transparenten Flächenelementen anzugeben.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Verfahrens durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung zum Betrieb von transparenten Flächenelementen, insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad, umfasst zumindest eine elektrische Energiequelle, zumindest eine Übertragungsleitung und zumindest einen Wandler zur Umwandlung einer Quellenspannung der Energiequelle in eine erste Wechselspannung. Die Vorrichtung umfasst weiterhin jeweils einen unmittelbar an einem transparenten Flächenelement angeordneten Transformator zur Umwandlung der ersten Wechselspannung.
Erfindungsgemäß umfasst der Wandler zur Umwandlung der Quellenspannung in die erste Wechselspannung zumindest eine analoge Oszillatorschaltung.
Daraus ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise, dass zusätzliche Mittel zur Erzeugung der ersten Wechselspannung, insbesondere Hochsetzsteller und Mittel zur Pulsweitenmodulation, nicht erforderlich sind. Derartige Mittel erzeugen während ihres Betriebs hohe elektromagnetische Strahlungen. Daraus folgend können durch Vermeidung dieser Mittel aufwändige Entstörvorrichtungen zur Abschirmung der Mittel und Erzeugung einer elektromagnetischen Verträglichkeit entfallen, woraus sich ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Vorrichtung ergibt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die analoge Oszillatorschaltung zumindest eine analoge Verstärkerschaltung, anhand welcher in besonders vorteilhafter Weise eine Größe der ersten Wechselspannung für jedes der transparenten Flächenelemente individuell vorgebbar ist. Die analoge Verstärkerschaltung weist einen oder mehrere analoge Verstärker auf.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Oszillatorschaltung zumindest einen analogen Oszillator und/oder zumindest eine Diagnoseeinheit zur Überwachung der Vorrichtung und/oder der transparenten Flächenelemente. Mittels eines derartigen Aufbaus der Oszillatorschaltung ist eine elektromagnetisch verträgliche und besonders exakte Erzeugung der ersten, insbesondere sinusförmigen Wechselspannung möglich. Die Diagnoseeinheiten sind dabei zur Überwachung und Überprüfung eines zwischen der Energiequelle und dem Wandler ausgebildeten Primärkreises, inklusive des Wandlers und dessen Bestandteile selbst ausgebildet. Bei dem Primärkreis handelt es sich insbesondere um einen Gleichspannungskreis. Die Überwachung und Überprüfung erfolgen hinsichtlich einer Unter- und Überspannung von Bestandteilen des Wandlers, insbesondere wandlerinternen Bestandteilen, wobei die Diagnose im inaktiven und/oder aktiven Zustand der Vorrichtung ausführbar ist. Zusätzlich sind die Diagnoseeinheiten insbesondere derart ausgebildet, dass eine Überprüfung eines Sekundärkreises ausgeführt wird. Der Sekundärkreislauf ist als Wechselspannungskreis ausgebildet und umfasst vorzugsweise zumindest ein transparentes Flächenelement. Die Überprüfung erfolgt vorzugsweise anhand von Strom- und Spannungsmessungen, wobei Diagnoseschwellen vorgegeben werden können.
Um für jedes der Flächenelemente separat eine jeweils an das Flächenelement, dessen Funktion und/oder an eine elektrische Kopplung des Flächenelements in der Vorrichtung angepasste erste Wechselspannung zu erzeugen, umfasst die Oszillatorschaltung vorzugsweise mehrere, jeweils einem Flächenelement zugeordnete analoge Verstärker.
Um weiterhin die Diagnose für jedes Flächenelement und des dem Flächenelement zugeordneten Stromkreises und/oder der Energiequelle durchzuführen, umfasst die Oszillatorschaltung vorzugsweise mehrere, jeweils einem Flächenelement zugeordnete Diagnoseeinheiten zur Überwachung jeweils eines von der Energiequelle bis zum jeweiligen Flächenelement verlaufenden Stromkreises, der Energiequelle und/oder des jeweiligen Flächenelements.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist mittels des Wandlers aus der Quellenspannung die erste Wechselspannung mit verringertem Spannungsniveau erzeugbar. Aufgrund der Übertragung der elektrischen Energie zu den einzelnen Transformatoren in Form einer derartigen, insbesondere sinusförmigen 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 oder lediglich geringe Maßnahmen zur elektrischen Abschirmung und Isolation gegenüber höheren elektrischen Spannungen der Übertragungsleitung gegenüber weiteren elektrischen und/oder elektronischen Systemen sowie berührungs- und leitfähigen Komponenten des Fahrzeugs erforderlich, da aus der gewählten Wechselspannung mit geringerem Spannungsniveau eine gute elektromagnetische Verträglichkeit resultiert. Auch ist in gewinnbringender Weise eine Vereinfachung von Sicherheitsmaßnahmen zum Berührungsschutz, d. h. zum Schutz vor einem elektrischen Schlag, erzielbar.
Dabei sind die transparenten Flächenelemente gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung in einem Fahrzeug angeordnet. Da es sich bei der elektrischen Energiequelle gemäß einer Weiterbildung der Erfindung um eine im Fahrzeug typischerweise verwendete Gleichspannungsquelle, beispielsweise eine Batterie, handelt, ist der Wandler ein Wechselrichter, mittels welchem aus einer Gleichspannung die erste Wechselspannung erzeugbar ist. Aus der als Gleichspannung ausgebildeten Quellenspannung ist insbesondere eine effektive geringere erste Wechselspannung gemäß der folgenden Gleichung erzeugbar:
mit:

U_AC1: = erste Wechselspannung,
U_Q: = Quellenspannung.

Die erste Wechselspannung weist in einer Ausgestaltung insbesondere einen Spannungswert im Bereich von 2 V bis 3 V auf.
Weiterhin ist mittels des Transformators in zweckmäßiger Weise aus der ersten Wechselspannung als Betriebsspannung eine größere zweite Wechselspannung erzeugbar.
In einer weiteren Ausgestaltung wird zu einer Verkürzung der Schaltzeiten der transparenten Flächenelemente ein Beschleunigungs-Betrieb bzw. so genannter Boost-Betrieb ausgeführt. Hierbei erfolgt eine gestaffelte Spannungsversorgung der transparenten Flächenelemente mit verschiedenen Spannungsniveaus in mehreren Zeitintervallen. Beispielsweise werden die transparenten Flächenelemente für ein erstes Zeitintervall mit einer Spannung von 180 V als Betriebsspannung und für ein zweites Zeitintervall mit einer Spannung von 50 V als Betriebsspannung beaufschlagt.
Ferner sind die transparenten Flächenelemente in einem Zustand mit hoher Transparenz vorzugsweise mit einer so genannten Offset-Spannung, beispielsweise in Höhe von 20 V, beaufschlagt. Daraus resultiert der Vorteil, dass eine weitere Beschleunigung der Änderung des Transmissionsgrades realisierbar ist.
Gemäß einer gewinnbringenden Weiterbildung werden die transparenten Flächenelemente in einem Pulsbetrieb angesteuert, bei welchem die transparenten Flächenelemente mit einer kontinuierlichen Wechselspannung als Betriebsspannung in einer paketartigen Ansteuerung beaufschlagt werden. Hieraus resultiert wiederum eine Beschleunigung des Schaltverhaltens.
In einer gewinnbringenden Weiterbildung der Vorrichtung ist jeweils ein Transformator mittels einer stoff-, kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung an jeweils einem transparenten Flächenelement befestigt. Somit sind besonders kurze Übertragungswege der erzeugten zweiten Wechselspannung und daraus folgend geringe elektrische Verluste realisierbar.
Zur individuellen Vorgabe des Transmissionsgrads der Flächenelemente ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine Bedieneinheit vorgesehen, mittels welcher die Betriebsspannung derart einstellbar ist, dass der Transmissionsgrad steuerbar ist.
In einem Verfahren zum Betrieb von transparenten Flächenelementen, insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad, wird mittels einer elektrischen Energiequelle eine Quellenspannung erzeugt, die anhand zumindest einer Übertragungsleitung an zumindest einen Wandler zur Umwandlung der Quellenspannung in eine erste Wechselspannung übertragen wird, wobei anhand jeweils eines unmittelbar an einem transparenten Flächenelement angeordneten Transformators die erste Wechselspannung umgewandelt wird.
Erfindungsgemäß wird die erste Quellenspannung mittels einer analogen Oszillatorschaltung des Wandlers in die erste Wechselspannung umgewandelt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei mit besonders einfachen Mitteln und kostengünstig realisierbar, wobei aufwändige Entstörvorrichtungen zur Erzeugung einer elektromagnetischen Verträglichkeit entfallen können, da sich die Mittel zur Erzeugung der ersten Wechselspannung, d. h. insbesondere der analoge Wandler, durch eine geringe elektromagnetische Strahlung auszeichnen.
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 erstes Ausführungsbeispiel eines Wandlers zur Umwandlung einer Quellenspannung in eine erste Wechselspannung,
3 schematisch das Fahrzeug gemäß 1 mit einer alternativen Ausführungsform einer Oszillatorschaltung und
4 schematisch ein Ausführungsbeispiel der Oszillatorschaltung gemäß 3.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit mehreren transparenten Flächenelementen 2 bis 8 mit veränderlichem Transmissionsgrad.
Bei den transparenten Flächenelementen 2 bis 8 handelt es sich um Glasflächen, insbesondere um ein erstes bewegliches Glas-Schiebedach (Flächenelement 2), ein zweites festes Glas-Schiebedach (Flächenelement 3), ein rechtes und ein linkes bewegliches Seitenfenster (Flächenelement 4 und Flächenelement 8), ein rechtes und ein linkes festes Seitenfenster (Flächenelement 5 und Flächenelement 7) sowie um eine Heckscheibe (Flächenelement 6) des Fahrzeugs 1.
Die transparenten Flächenelemente 2 bis 8 weisen jeweils Mittel, insbesondere eine in die Flächenelemente 2 bis 8 eingebrachte oder auf diese aufgebrachte Folie, auf, deren Transmissionsgrad durch Anlegen einer Betriebsspannung U_B, welche eine elektrische Wechselspannung mit einer Nutzfrequenz 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 U_B und deren minimale Transparenz im spannungslosen Zustand erzielbar ist.
Als Energiequelle 10 zum Betrieb der transparenten Flächenelemente 2 bis 8 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Batterie vorgesehen, welche als Quellenspannung U_Q eine Gleichspannung aufweist. Die Gleichspannung beträgt beispielsweise 12 Volt.
Da sich aufgrund einer sehr guten elektromagnetischen Verträglichkeit und aufgrund nicht erforderlicher Hochspannungsvorkehrungen an einer Übertragungsleitung 11 insbesondere eine Wechselspannung im Niederspannungsbereich zur Übertragung der elektrischen Energie von der Energiequelle 10 zu den transparenten Flächenelementen 2 bis 8 eignet, ist unmittelbar nach der Energiequelle 10 ein Wandler 12 angeordnet.
Mittels des Wandlers 12 ist die Quellenspannung U_Q in eine in ihrer Frequenz einstellbare oder feste erste Wechselspannung U_AC1 umwandelbar, wobei die erste Wechselspannung U_AC1 vorzugsweise eine maximale Spannungshöhe aufweist, welche geringer als die Quellenspannung U_Q ist.
Die erste Wechselspannung U_AC1 ergibt sich insbesondere gemäß:
Die erste Wechselspannung U_AC1 weist dabei vorzugsweise einen Spannungswert im Bereich von 2 V bis 3 V auf.
Zur Umwandlung der Quellenspannung U_Q in die erste Wechselspannung U_AC1 umfasst der Wandler 12 eine in 2 oder 3 näher dargestellte analoge Oszillatorschaltung 13. Diese Oszillatorschaltung 13 weist einen als Sinusoszillator ausgebildeten analogen Oszillator 13.1 auf, mittels welchem aus der Quellenspannung U_Q die erste Wechselspannung U_AC1 erzeugt wird.
Weiterhin umfasst die Oszillatorschaltung 13 eine analoge Verstärkerschaltung 13.2 mit mehreren, jeweils einem Flächenelement 2 bis 8 zugeordneten analogen Verstärkern 13.2.1 bis 13.2.n, anhand welcher das Spannungsniveau der ersten Wechselspannung U_AC1 für jedes der transparenten Flächenelemente 2 bis 8 individuell vorgebbar ist. Die erste Wechselspannung U_AC1 wird derart eingestellt, dass diese Werte zwischen Null und der maximalen Betriebsspannung U_B liegen.
Bei den analogen Verstärkern 13.2.1 bis 13.2.n handelt es sich insbesondere um analoge Endstufen, welche im so genannten AB-Betrieb betrieben werden. Derartige Endstufen weisen den Vorteil einer geringen Ruhestromaufnahme im mA-Bereich auf und es werden so genannte ”crossover-” und ”deadband-”Verzerrungen vermieden.
In einem nicht näher dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Wandler 12 zusätzlich oder alternativ zur analogen Oszillatorschaltung 13 eine digitale Schaltung zur Umwandlung der Quellenspannung U_Q in die erste Wechselspannung U_AC1. Die digitale Schaltung umfasst hierzu einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere Digital-Analog-Wandler. Mittels des zumindest einen Digital-Analog-Wandlers ist beispielsweise eine 8-Bit- und/oder 16-Bit-Digital-Analog-Wandlung durchführbar, um die erste Wechselspannung U_AC1, bei welcher es sich insbesondere um eine sinusförmige Wechselspannung handelt, zu erzeugen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Wechselspannung U_AC1 derart eingestellt, dass keine aufwändigen Maßnahmen zur Erzeugung einer elektromagnetischen Verträglichkeit und zum Berührungsschutz erforderlich sind. Da zum Betrieb der jeweils in oder an den transparenten Flächenelementen 2 bis 8 angeordneten Folien eine höhere zweite Wechselspannung U_AC2 als die übertragene erste Wechselspannung U_AC1 erforderlich ist, beispielsweise 120 Volt oder 140 Volt, ist unmittelbar an jedem transparenten Flächenelement 2 bis 8 jeweils ein diesem Flächenelement 2 bis 8 zugeordneter Transformator 14 bis 20 angeordnet, anhand dessen aus der ersten Wechselspannung U_AC1 die zweite Wechselspannung U_AC2 mit einem höheren Spannungsniveau erzeugbar ist.
Die Transformatoren 14 bis 20 weisen bevorzugt ein festes Übersetzungsverhältnis auf, so dass die Steuerung des Transmissionsgrades, d. h. der zweiten Wechselspannung U_AC2, durch Einstellung der Spannungshöhe und/oder einer Frequenz der ersten Wechselspannung U_AC1 mittels des Wandlers 12 erfolgt, so dass alle transparenten Flächenelemente 2 bis 8 den gleichen Transmissionsgrad aufweisen.
Zur Verkürzung der Schaltzeiten der transparenten Flächenelemente 2 bis 8 wird Boost-Betrieb ausgeführt. Dabei erfolgt eine gestaffelte Spannungsversorgung der transparenten Flächenelemente 2 bis 8 mit verschiedenen Spannungsniveaus in mehreren Zeitintervallen. Beispielsweise werden die transparenten Flächenelemente 2 bis 8 für ein erstes Zeitintervall mit einer Spannung von 180 V als Betriebsspannung U_B und für ein zweites Zeitintervall mit einer Spannung von 50 V als Betriebsspannung U_B beaufschlagt.
Zu einer weiteren Beschleunigung des Schaltverhaltens werden die transparenten Flächenelemente 2 bis 8 weiterhin in einem Zustand mit hoher Transparenz mit einer so genannten Offset-Spannung, beispielsweise in Höhe von 20 V, versorgt und/oder in einem Pulsbetrieb angesteuert, bei welchem die transparenten Flächenelemente 2 bis 8 mit einer kontinuierlichen Wechselspannung als Betriebsspannung U_B in einer paketartigen Ansteuerung beaufschlagt werden.
Zur Steuerung der Einstellung der Spannungshöhe und/oder einer Frequenz der ersten Wechselspannung U_AC1 ist in den Wandler 12 eine Zentraleinheit 21 integriert, anhand derer die Umwandlung der Quellenspannung U_Q in die erste Wechselspannung U_AC1 für alle transparenten Flächenelemente 2 bis 8 steuerbar ist.
Alternativ ist es in nicht näher dargestellter Weise ebenfalls möglich, mehreren oder jedem der Flächenelemente 2 bis 8 jeweils einen Wandler 12 mit integrierter Zentraleinheit 21 und jeweils einen Transformator 14 bis 20 zuzuordnen. Auch können den Flächenelementen 2 bis 8 jeweils kein, ein oder mehrere Wandler 12 zugeordnet sein. Mit anderen Worten: Es ist ein flexibles Zuordnungsverhältnis zwischen den Flächenelementen 2 bis 8 und den Wandlern 12 möglich.
Um den Transmissionsgrad der transparenten Flächenelemente 2 bis 8 in Stufen oder stufenlos zu steuern, ist im Fahrzeuginnenraum eine nicht näher dargestellte Bedieneinheit angeordnet, wobei anhand der Bedieneinheit der Wandler 12 und/oder die Zentraleinheit 21 derart steuerbar sind, dass der Transmissionsgrad der transparenten Flächenelemente 2 bis 8 steuer- und einstellbar ist. Zu diesem Zweck ist die Bedieneinheit direkt oder über einen Datenbus 22, beispielsweise einen CAN-Bus oder LIN-Bus, mit der Zentraleinheit 21 verbunden.
Der Wandler 12 und die Zentraleinheit 21 sind vorzugsweise in einem Metallgehäuse angeordnet und besitzen zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit eine kurze Masseanbindung an die Karosserie des Fahrzeugs 1.
Um ein optisches Erscheinungsbild des Fahrzeugs 1 oder von Fahrzeugbauteilen nicht zu beeinträchtigen, sind die Transformatoren 14 bis 20 mittels kraft-, stoff- und/oder formschlüssiger Verbindungstechniken unmittelbar an den transparenten Flächenelementen 2 bis 8 befestigt. Diese kraft-, stoff- und/oder formschlüssigen Verbindungen sind beispielsweise mittels einer direkten Verklebung, einer Aufvulkanisierung, eines Vergusses und/oder eines Anspritzens der Transformatoren 14 bis 20 auf den transparenten Flächenelementen 2 bis 8 erzeugbar, wobei die transparenten Flächenelemente 2 bis 8 zu den Transformatoren 14 bis 20 korrespondierende, nicht näher dargestellte elektrische Anschlusselemente aufweisen.
Alternativ bilden die an den transparenten Flächenelementen 2 bis 8 und den Transformatoren 14 bis 20 angeordneten elektrischen Anschlusselemente Befestigungsmittel zur Befestigung der Transformatoren 14 bis 20 an den transparenten Flächenelementen 2 bis 8.
2 zeigt den Wandler 12, an dessen Eingang E die Quellenspannung U_Q anliegt und an dessen Ausgängen A1 bis An jeweils die erste Wechselspannung U_AC1 anliegt.
Zur Erzeugung der ersten Wechselspannung U_AC1 wird die Quellenspannung U_Q dem als Sinusoszillator ausgebildeten analogen Oszillator 13.1 zugeführt. Mittels des Oszillators 13.1 wird aus der Quellenspannung U_Q eine Zwischen-Wechselspannung U_AC3 erzeugt. In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen können mehrere Oszillatoren vorgesehen sein, insbesondere jeweils ein Oszillator für ein Flächenelement 2 bis 8.
Diese Zwischen-Wechselspannung U_AC3 wird den Verstärkern 13.2.1 bis 13.2.n zugeführt, mittels welcher aus der Zwischen-Wechselspannung U_AC3 die erste Wechselspannung U_AC1 erzeugt wird.
Der Wandler 12 umfasst weiterhin eine Diagnosevorrichtung 23 mit mehreren Diagnoseeinheiten 23.1 bis 23.n, wobei jeweils eine Diagnoseeinheit 23.1 bis 23.n mit einem Verstärker 13.2.1 bis 13.2.n gekoppelt ist.
Mittels der Diagnoseeinheiten 23.1 bis 23.n wird ein zwischen dem Wandler 12 und den Flächenelementen 2 bis 8 befindlicher Wechselspannungs-Sekundärkreis auf Unterbrechungen und Kurzschlüsse überwacht. Zusätzlich werden die erste Wechselspannung U_AC1, die zweite Wechselspannung U_AC2 und die Betriebsspannung U_B überwacht. Hierzu umfassen die Diagnoseeinheiten 23.1 bis 23.n in nicht näher dargestellter Weise eine oder mehrere Erfassungsvorrichtungen, insbesondere Strom- und/oder Spannungsmessgeräte.
Zur Steuerung der Verstärker 13.2.1 bis 13.2.n und der Diagnoseeinheiten 23.1 bis 23.n sind diese jeweils mit der Zentraleinheit 21 gekoppelt, so dass mittels der Zentraleinheit 21 eine Steuerung des Wandlers 12 und eine Diagnose des Wandlers 12, des Gleichspannungs-Primärkreises, des Wechselspannungs-Sekundärkreises und der Flächenelemente 2 bis 8 möglich ist.
Weiterhin erfolgt eine Kommunikation der Zentraleinheit 21 über den Datenbus 22 mit einer oder mehreren nicht dargestellten Fahrzeugsteuergeräten und insbesondere der Bedieneinheit zur Einstellung des Transmissionsgrades.
3 zeigt das Fahrzeug 1. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Wandler 12 zur Umwandlung der Quellenspannung U_Q in die erste Wechselspannung U_AC1 mehrere Oszillatorschaltungen 13A bis 13G, wobei jedem transparenten Flächenelement 2 bis 8 jeweils eine Oszillatorschaltung 13A bis 13G zugeordnet ist.
Die Oszillatorschaltungen 13A bis 13G weisen jeweils einen als Sinusoszillator ausgebildeten, nicht dargestellten analogen Oszillator auf, mittels welchem aus der Quellenspannung U_Q die erste Wechselspannung U_AC1 erzeugt wird.
Weiterhin umfassen die Oszillatorschaltungen 13A bis 13G eine ebenfalls nicht dargestellte analoge Verstärkerschaltung mit jeweils zumindest einem analogen Verstärker, anhand welcher das Spannungsniveau der ersten Wechselspannung U_AC1 für jedes der transparenten Flächenelemente 2 bis 8 individuell vorgebbar ist. Die erste Wechselspannung U_AC1 wird derart eingestellt, dass diese Werte zwischen Null und der maximalen Betriebsspannung U_B liegen.
Bei den analogen Verstärkern handelt es sich insbesondere um analoge Endstufen, welche im so genannten AB-Betrieb betrieben werden, welche den Vorteil der geringen Ruhestromaufnahme im mA-Bereich aufweisen, so dass die ”crossover-” und ”deadband-”Verzerrungen vermieden werden.
Alternativ oder zusätzlich sind die Oszillatorschaltungen 13A bis 13G als digitale Schaltung zur Umwandlung der Quellenspannung U_Q in die erste Wechselspannung U_AC1 ausgebildet. Die digitale Schaltung umfasst hierzu einen oder mehrere Mikrocontroller und/oder einen oder mehrere Digital-Analog-Wandler. Mittels des zumindest einen Digital-Analog-Wandlers ist beispielsweise eine 8-Bit- und/oder 16-Bit-Digital-Analog-Wandlung durchführbar, um die erste Wechselspannung U_AC1, bei welcher es sich insbesondere um eine sinusförmige Wechselspannung handelt, zu erzeugen.
Alternativ zu der dargestellten Ausbildung des Wandlers 12 mit der zu den transparenten Flächenelementen 2 bis 8 korrespondierenden Anzahl an Oszillatorschaltungen 13A bis 13G umfasst dieser in nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen eine abweichende Anzahl an Oszillatorschaltungen 13, 13A bis 13G, so dass eine flexible Anordnung und/oder Zuordnung der Oszillatorschaltungen 13, 13A bis 13G zu den transparenten Flächenelementen 2 bis 8 möglich ist.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Oszillatorschaltung 13A gemäß 3 dargestellt. Der Aufbau und die Funktion der verbleibenden Oszillatorschaltungen 13B bis 13G entsprechen vorzugsweise dem Aufbau und der Funktion der Oszillatorschaltung 13A.
An der Oszillatorschaltung 13 liegt die Quellenspannung U_Q an und es wird die erste Wechselspannung U_AC1 erzeugt.
Zur Erzeugung der ersten Wechselspannung U_AC1 wird die Quellenspannung U_Q dem als Sinusoszillator ausgebildeten analogen Oszillator 13.1 zugeführt. Mittels des Oszillators 13.1 wird aus der Quellenspannung U_Q die Zwischen-Wechselspannung U_AC3 erzeugt.
Diese Zwischen-Wechselspannung U_AC3 wird den Verstärkern 13.2.1 bis 13.2.n zugeführt, mittels welcher aus der Zwischen-Wechselspannung U_AC3 die erste Wechselspannung U_AC1 erzeugt wird.
Jeder Verstärker 13.2.1 bis 13.2.n umfasst jeweils eine Diagnosevorrichtung 23. Mittels der Diagnosevorrichtungen 23 werden die Quellenspannung U_Q und/oder die erste Wechselspannung U_AC1 überwacht. Hierzu umfassen die Diagnosevorrichtungen 23 in nicht näher dargestellter Weise eine oder mehrere Erfassungsvorrichtungen. Weiterhin sind mittels der Diagnosevorrichtung 23 gemäß dieser Beschreibung Unterbrechungen und/oder Kurzschlüsse im Wechselspannungs-Sekundärkreis überwachbar.
Jeder Verstärker 13.2.1 bis 13.2.n ist mit einem oder mehreren Transformatoren 24.1 bis 24.n gekoppelt, wobei mittels der Transformatoren 24.1 bis 24.n die zweite Wechselspannung U_AC2 erzeugt wird. Mittels der Transformatoren 24.1 bis 24.n sind die erste Wechselspannung U_AC1 und/oder die zweite Wechselspannung U_AC2 überwachbar.
In einer alternativen Ausgestaltung sind die Transformatoren 24.1 bis 24.n in die Verstärker 13.2.1 bis 13.2.n integriert.
Die Transformatoren 24.1 bis 24.n bilden die Transformatoren 14 bis 20 zur elektrischen Versorgung der transparenten Flächenelemente 2 bis 8, wobei die zweite Wechselspannung U_AC2 als Betriebsspannung U_B der transparenten Flächenelemente 2 bis 8 erzeugt wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2 bis 8: Flächenelement
10: Energiequelle
11: Übertragungsleitung
12: Wandler
13: Oszillatorschaltung
13.1: Oszillator
13.2: Verstärkerschaltung
13.2.1 bis 13.2.n: Verstärker
13A bis 13G: Oszillatorschaltung
14 bis 20: Transformator
21: Zentraleinheit
22: Datenbus
23: Diagnosevorrichtung
23.1 bis 23.n: Diagnoseeinheit
24.1 bis 24.n: Transformator
A1 bis An: Ausgang
E: Eingang
U_AC1: erste Wechselspannung
U_AC2: zweite Wechselspannung
U_AC3: Zwischen-Wechselspannung
U_B: Betriebsspannung
U_Q: Quellenspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008060040 A1 [0003]
US 6804040 B2 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Betrieb von transparenten Flächenelementen (2 bis 8), insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad, umfassend zumindest eine elektrische Energiequelle (10), zumindest eine Übertragungsleitung (11) und zumindest einen Wandler (12) zur Umwandlung einer Quellenspannung (U_Q) der Energiequelle (10) in eine erste Wechselspannung (U_AC1) und umfassend jeweils einen unmittelbar an einem transparenten Flächenelement (2 bis 8) angeordneten Transformator (14 bis 20) zur Umwandlung der ersten Wechselspannung (U_AC1), dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (12) zur Umwandlung der Quellenspannung (U_Q) in die erste Wechselspannung (U_AC1) zumindest eine analoge Oszillatorschaltung (13) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (13) zumindest einen analogen Oszillator (13.1), zumindest einen analogen Verstärker (13.2.1 bis 13.2.n) und/oder zumindest eine Diagnoseeinheit (23.1 bis 23.n) zur Überwachung der Vorrichtung und/oder der transparenten Flächenelemente (2 bis 8) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (13) mehrere, jeweils einem Flächenelement (2 bis 8) zugeordnete analoge Verstärker (13.2.1 bis 13.2.n) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatorschaltung (13) mehrere, jeweils einem Flächenelement (2 bis 8) zugeordnete Diagnoseeinheiten (23.1 bis 23.n) zur Überwachung jeweils eines von der Energiequelle (10) bis zum jeweiligen Flächenelement (2 bis 8) verlaufenden Stromkreises, der Energiequelle (10) und/oder des jeweiligen Flächenelements (2 bis 8) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Wandlers (12) aus der Quellenspannung (U_Q) die erste Wechselspannung (U_AC1) mit verringerter Spannungsamplitude erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Transformators (14 bis 20) aus der ersten Wechselspannung (U_AC1) als Betriebsspannung (U_B) eine zweite Wechselspannung (U_AC2) mit erhöhter Spannungsamplitude erzeugbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Transformator (14 bis 20) mittels einer stoff-, kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung an jeweils einem transparenten Flächenelement (2 bis 8) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bedieneinheit vorgesehen ist, mittels welcher die Betriebsspannung (U_B) derart einstellbar ist, dass der Transmissionsgrad steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Flächenelemente (2 bis 8) in einem Fahrzeug (1) angeordnet sind.
Verfahren zum Betrieb von transparenten Flächenelementen (2 bis 8), insbesondere Glasflächen, mit einem veränderlichen Transmissionsgrad, wobei mittels einer elektrischen Energiequelle (10) eine Quellenspannung (U_Q) erzeugt wird, die anhand zumindest einer Übertragungsleitung (11) an zumindest einen Wandler (12) zur Umwandlung der Quellenspannung (U_Q) in eine erste Wechselspannung (U_AC1) übertragen wird, wobei anhand jeweils eines unmittelbar an einem transparenten Flächenelement (2 bis 8) angeordneten Transformators (14 bis 20) die erste Wechselspannung (U_AC1) umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Quellenspannung (U_Q) mittels einer analogen Oszillatorschaltung (13) des Wandlers (12) in die erste Wechselspannung (U_AC1) umgewandelt wird.