-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die Erfindung betrifft ein Flächenheizsystem und ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkabine und einem darin angeordneten Flächenheizsystem.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Zum Beheizen von Räumen oder Objekten ist bekannt, elektrisch beheizbare Flächenelemente einzusetzen. Diese könnten in Form von beheizbaren Fußbodenelementen, Wandflächen, Deckenflächen oder dergleichen ausgeführt sein und weisen in der Regel Heizdrähte oder Heizfolien mit einem relativ hohen elektrischen Widerstand auf, so dass durch Anlegen einer elektrischen Spannung Wärme erzeugt wird. Es ist weiterhin bekannt, in Fahrzeugen Fußbodenpaneele vorzusehen, die elektrisch beheizbar sind. Dies betrifft beispielsweise Wohnmobile oder Wohnwagen, aber auch Verkehrsflugzeuge, wie der
DE 19 918 736 A1 zu entnehmen ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die Aufgabe der Erfindung ist, ein verbessertes Flächenheizsystem vorzuschlagen, welches möglichst einfach aufgebaut ist und eine hohe Zuverlässigkeit besitzt, gleichzeitig aber ein möglichst geringes Gewicht aufweist.
-
Die Aufgabe wird durch ein Flächenheizsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Erfindungsgemäß weist das Flächenheizsystem mindestens ein beheizbares Flächenelement mit einer Tragstruktur auf, auf der eine leitfähige Schicht angeordnet ist, welche von einer Deckschicht abgedeckt ist. Ferner weist das Flächenheizsystem mindestens eine erste Induktionsspule auf, die von dem beheizbaren Flächenelement separat ausgeführt ist und mit einer Wechselspannungsquelle verbindbar ist. Das beheizbare Flächenelement ist dazu eingerichtet, bei Beaufschlagung der ersten Induktionsspule mit einer Wechselspannung einen Wirbelstrom innerhalb der leitfähigen Schicht zu erzeugen, der zum Erwärmen des Flächenelements führt.
-
Die Tragstruktur ist eine Komponente des Flächenelements, die im Wesentlichen mechanische Aufgaben erfüllt und die mechanische Integrität des Flächenelements gewährleistet. Die Tragstruktur könnte zum Betrieb als Verkleidungs-, Decken- oder Fußbodenelement ausgelegt und in Form eines Sandwichelements mit einer von Deckschichten umgebenen Waben- oder Schaumkernstruktur realisiert sein. Es sind auch andere, nicht leitfähige Materialien denkbar, die eine Induktion einer Spannung in die leitfähige Schicht erlauben.
-
Die von dem Flächenelement separate Ausführung der ersten Induktionsspule ist so zu verstehen, dass die erste Induktionsspule als ein separates Bauteil vorgesehen ist, welches beliebig relativ zu dem Flächenelement positionierbar ist. Prinzipiell ist eine gewisse Variabilität der Positionierung der ersten Induktionsspule relativ zu dem Flächenelement unschädlich für die ordnungsgemäße Bereitstellung der Heizfunktion, so dass innerhalb des mit den Flächenelementen auszustattenden Raums eine Positionierung von ersten Induktionsspulen durchgeführt werden kann. Die Positionierung kann sich an strukturellen Gegebenheiten innerhalb des Raums orientieren, die etwa denkbare Anbaupositionen umfassen. Eine äquidistante, verteilte Anordnung von ersten Induktionsspulen innerhalb des betreffenden Raums ist als vorteilhaft anzusehen, wobei die Distanz zwischen den ersten Induktionsspulen an die Ausdehnung der verwendeten Flächenelemente angepasst werden sollte, damit jedes Flächenelement mit mindestens einer ersten Induktionsspule korreliert. Die ersten Induktionsspulen können weiterhin unterschiedliche Formen annehmen, um ein ausreichendes Induktionsverhalten gewährleisten zu können. Neben punktuell anzuordnenden, scheiben- oder kreisförmigen ersten Induktionsspulen könnten auch längliche, ovale erste Induktionsspulen Einsatz finden, relativ zu denen auch eine überlappende Anordnung von Flächenelementen möglich wäre. Anregungen zu der Ausführung und Positionierung von ersten Induktionsspulen in einem Raum kann etwa den Veröffentlichungen
DE 10 2008 024 217 A1 und
DE 10 2009 019 994 A1 entnommen werden.
-
Das Flächenheizsystem ermöglicht eine Verbesserung einer Integrität des Flächenelements oder der Heizdrähte, da beispielsweise Anschlüsse für Heizdrähte oder Heizfolien nicht oder nicht vollständig aus dem betreffenden Flächenelement nach außen geführt oder von außen zugänglich gemacht werden müssen. Da vorzugsweise eine Verwendung von mechanischen Steckverbindungen für direkte elektrische Verbindungen für das Flächenheizsystem nicht notwendig ist, können beispielsweise auch vergleichsweise schwere Stecker und Buchsen entfallen, die typischerweise verwendbar sind, um bei Vibrationen und Bewegungskräften in einem Luftfahrzeug eine ausreichend zuverlässige Steckverbindung zu gewährleisten.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die leitfähige Schicht vollständig in dem Flächenelement gekapselt. Es ist nicht erforderlich, Anschlussdrähte nach außen zu führen. Das Flächenelement ist von einer direkten Stromzufuhr unabhängig und die für die Heizfunktion benötigte leitfähige Schicht ist vollkommen von äußeren Einflüssen abgeschirmt.
-
Zur Überprüfung einer erreichten Temperatur weist in einer vorteilhaften Ausführungsform das Flächenelement ferner mindestens einen Temperatursensor auf, der vollständig in das Flächenelement integriert ist. Der Temperatursensor ist dabei mit mindestens einer zweiten Induktionsspule und einer zweiten Elektronikeinheit verbunden. Die zweite Elektronikeinheit ist dazu eingerichtet, über eine in die zweite Induktionsspule, etwa durch die erste Induktionsspule, induzierte Spannung mit elektrischer Leistung versorgt zu werden, den Temperatursensor auszulesen und eine Wechselspannung mit einer Oberschwingung zu erzeugen, durch die der abgelesene Temperaturwert in eine korrespondierend positionierte erste Induktionsspule übertragen wird. Alternativ dazu könnte die Übertragung auch in eine dritte Induktionsspule erfolgen, die ausschließlich dazu vorgesehen ist, Temperaturwerte von Flächenelementen zu erfassen. Hierdurch wird eine Erfassung einer Temperatur eines Flächenelements ermöglicht, ohne eine direkte elektrische Verbindung zu einem Temperatursensor außerhalb des Flächenelements zu führen.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die erste Induktionsspule mit einer ersten Elektronikeinheit verbunden, die dazu eingerichtet ist, eine in die erste Induktionsspule induzierte Oberschwingung zu extrahieren und daraus den abgelesenen Temperaturwert zu bestimmen. Durch Verwendung der ersten Induktionsspule kann besonders gewichtssparend eine Übertragung der Temperaturwerte nach außen erfolgen. Das Prinzip der Datenübertragung kann dabei in Anlehnung an die Lehre aus der
DE 10 2008 024 217 A1 realisiert werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Elektronikeinheit zum Regeln einer Temperatur des Flächenelements mit einer Regeleinrichtung verbunden, die mit der mindestens einen ersten Induktionsspule verbunden ist. Dadurch kann bei Vorgabe eines einzustellenden Temperaturwerts für das Flächenelement eine Temperaturregelung durch Regeln oder Schalten der übertragenen elektrischen Leistung durchgeführt werden. Insbesondere bei der Verwendung des Flächenelements als ein Fußbodenheizungselement ist zu gewährleisten, dass die erreichte Temperatur eine vorgesehene Maximaltemperatur nicht überschreitet. Für Fußbodenheizungen in Gebäuden liegt diese Maximaltemperatur beispielsweise bei ungefähr 35°C.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die leitfähige Schicht als eine Folie aus einem metallischen Material oder mit einer Metallisierung ausgeführt. Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Leitfähigkeit über die gesamte Fläche des Flächenelements gewährleistet werden.
-
In einer alternativen Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige Schicht als ein gitterförmiges Gewebe ausgeführt, welches aus einem metallischen Material oder aus metallisierten Fasern ausgebildet ist. Dadurch lässt sich weiter das Gewicht des Flächenelements senken, so dass sich diese Ausführungsform besonders für die Verwendung in Flugzeugen anbietet und eine gewisse Robustheit aufweist.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die elektrisch leitfähige Schicht mindestens einen Ausschnitt zum Aufnehmen des mindestens einen Temperatursensors und der mindestens einen zweiten Induktionsspule auf. Die Temperaturmessung und Übertragung der Temperatur kann dadurch ungestört realisiert werden, unabhängig von einer induzierten Spannung in die elektrisch leitfähige Schicht.
-
Ein besonderer Vorteil des Flächenelements liegt darin, dass bei einem eventuellen Bruch eines Heizdrahts eines leitfähigen Gewebes oder einer Teilfläche einer leitfähigen Schicht kein vollständiger Ausfall einer Flächenheizung stattfindet, sondern höchstens punktuell eine Einschränkung zu erwarten ist. Dies bedeutet folglich, dass das Fußbodenelement deutlich robuster ist als alle anderen bekannten flächigen Heizungen oder Fußbodenelemente mit integrierter elektrischer Widerstandsheizung.
-
Die Aufgabe bezüglich des Fahrzeugs wird gelöst durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs.
-
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug weist mindestens eine Fahrzeugkabine mit mindestens einem darin angeordneten Flächenheizsystem auf. In der Kabine sind erste Induktionsspulen derart verteilt, dass sie durch ihre unmittelbare Nähe zu direkt benachbart angeordneten Flächenelementen in die elektrisch leitfähige Schicht eine Spannung induzieren, die zu einem Stromfluss führt, aus dem eine Erwärmung resultiert. Für jedes Flächenelement können eine oder mehrere erste Induktionsspulen verwendet werden, so dass in jedes Flächenelement eine Spannung zur Bildung eines Wirbelstroms induziert werden kann.
-
Durch eine entsprechende Anordnung von Induktionsspulen innerhalb der Kabine kann eine gleichmäßige Erwärmung von Fußboden- oder Wandelementen erfolgen, die durch das heizbare Flächenelement ausgebildet sind.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist mindestens eine erste Induktionsspule mit einer ersten Elektronikeinheit verbunden, die dazu eingerichtet ist, aus einer Oberschwingung ein elektrisches Signal zu extrahieren, das von einer zweiten Induktionsspule in dem beheizbaren Flächenelement ausgesendet wird. Dadurch kann, wie bereits vorangehend geschildert, eine Übertragung einer gemessenen Temperatur von dem Flächenelement in ein übergeordnetes System erfolgen. Das fahrzeugfeste System kann etwa als eine Elektronikeinheit ausgeführt sein, die Induktionsspulen ansteuert, welche an den Flächenelementen positioniert sind und eine Erwärmung hervorrufen.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Flächenelement als ein Fußbodenelement zum Auskleiden eines Kabinenfußbodens ausgeführt. Das Fahrzeug kann dadurch besonders effektiv eine Fußbodenheizung betreiben, die ohne separate elektrische Anschlüsse auskommt.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Flächenelement in einem Bereich einer Tür angeordnet. An einer solchen Stelle ist, besonders bei einem Flugzeug, eine ausgeprägte Wärmesenke zu erwarten, denn dieser Bereich erfährt keine Erwärmung aufgrund der Anwesenheit von Passagieren, so dass dort eine geringere Temperatur zu erwarten ist als in einem Passagiersitze aufweisenden Bereich der Fahrzeugkabine.
-
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das Flächenelement in einem Bereich einer Notausstiegstür angeordnet. Konstruktionsbedingt kommt es, etwa in einem flügelnahen Bereich einer Flugzeugkabine zu Wärmesenken durch die Installation von Notrutschensystemen im Bereich der Außenhaut des Flugzeugrumpfes.
-
Der Begriff des Fahrzeugs beschränkt sich nicht auf bodengebundene Fahrzeuge, sondern kann auch Wasser- und Luftfahrzeuge umfassen. Das Flächenheizsystem eignet sich aufgrund der robusten Eigenschaften und des geringen Gewichts besonders für Luftfahrzeuge.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Flächenheizsystem in einer Schnittdarstellung.
-
2 zeigt ein beheizbares Flächenelement in einer Draufsicht.
-
3 zeigt ein Luftfahrzeug mit einer Kabine und einem darin installierten erfindungsgemäßen Flächenheizsystem.
-
DETAILLIERTE DARSTELLUNG EXEMPLARISCHER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Flächenheizsystems 2 mit einem beheizbaren Flächenelement 4 und einer ersten Induktionsspule 6. Das Flächenelement 4 besteht exemplarisch aus einer Tragstruktur bestehend aus einem Wabenkern 8 mit an der Oberfläche aufgeklebten Glasfaser- oder Kohlefaserschichten 10, die mit dem Wabenkern ein Sandwichelement mit einer hohen Steifigkeit, jedoch geringem Gewicht bilden. Zusätzlich hierzu ist eine leitfähige Schicht 12 in Form einer leitfähigen Folie oder eines leitfähigen Maschengeflechts in eine Oberseite des Flächenelements eingebracht und durch eine Deckschicht 14 abgedeckt, wobei die leitfähige Schicht 12 eine induktive Kopplung zu der ersten Induktionsspule 6 herstellen kann. Die leitfähige Schicht 12 bildet bei Induktion einer Spannung einen elektrischen Kurzschluss, was zu der Entstehung von Wirbelströmen in der elektrisch leitfähigen Schicht führt, so dass die gesamte induzierte Energie in Wärme umgewandelt wird.
-
Die erste Induktionsspule
6 ist mit einer Elektronikeinheit
13 verbunden, die im Folgenden erste Elektronikeinheit
13 genannt wird. Die erste Elektronikeinheit
13 ist mit der ersten Induktionsspule
6 verbunden und dazu eingerichtet, aus einer in die erste Induktionsspule
6 induzierten Wechselspannung eine Oberschwingung auszufiltern und in digitale Daten umzuwandeln. Dadurch kann von dem Flächenelement
4 durch Induktion einer Wechselspannung in die erste Induktionsspule
6 Daten an die erste Elektronikeinheit
13 übermittelt werden. Der detaillierte Zusammenhang zwischen einer zu übertragenden Oberschwingung und hieraus gewonnenen digitalen Daten wird beispielsweise in
DE 10 2008 024 217 A1 beschrieben.
-
Die Darstellung aus 2 zeigt ein Flächenelement 4 in einer Draufsicht. Dort wird neben den eigentlichen Merkmalen ein Temperatursensor 16 gezeigt, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur in dem erfindungsgemäßen Flächenelement 4 zu erfassen. Der Temperatursensor 16 ist mit einer zweiten Elektronikeinheit 18 verbunden, die alternativ zu der getrennten Darstellung in 2 auch einen integralen Baustein des Temperatursensors 16 bilden kann. Die zweite Elektronikeinheit 18 ist ferner mit einer zweiten Induktionsspule 20 verbunden. Durch Induktion einer Wechselspannung aus der ersten Induktionsspule 6 in die zweite Induktionsspule 20 wird die zweite Elektronikeinheit 18 mit Energie versorgt, so dass der Wert des Temperatursensors 16 ausgelesen und daraus ein elektrisches Wechselspannungssignal erzeugt werden kann, welches in Form einer Oberschwingung den gemessenen Temperaturwert in die erste Induktionsspule 6 außerhalb des Flächenelements 2 überträgt.
-
Hierzu weist die Folie oder das Maschengeflecht einen Ausschnitt 22 auf, in die der Temperatursensor 16, die zweite Elektronikeinheit 18 und die zweite Induktionsspule 20 platziert sind. Bei der Verwendung besonders dünner leitfähiger Schichten 12 ist auch eine Ausnehmung in einer Deckschicht 10 und der Kernschicht 8 denkbar.
-
In 3 wird ein Flugzeug 24 gezeigt, das eine Kabine 26 mit einem darin angeordneten Fußboden aufweist. Exemplarisch ist in einem Bereich nahe einer Kabinentür 28 oder einer Notausstiegstür 30 ein Flächenelement 4 als ein Fußbodenelement angeordnet, so dass dieser Bereich individuell erwärmt werden kann. In türnahen Bereichen ist generell ein größerer Wärmeverlust zu beobachten als in einem Passagierbereich, da dort ein Wärmeverlust nicht teilweise durch den Wärmeeintrag von Passagieren an Bord des Flugzeugs 24 ausgeglichen wird.
-
Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass „aufweisend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein” oder „eine” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19918736 A1 [0002]
- DE 102008024217 A1 [0007, 0011, 0030]
- DE 102009019994 A1 [0007]
