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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Fahrzeugsitz, und eine dem Fahrzeugsitz zugeordnete Sitzbeheizungsvorrichtung umfassend mindestens ein Heizmittel und eine Steuereinrichtung, wobei mindestens eine sitzseitig angeordnete Spule vorgesehen ist, die über die Steuereinrichtung zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes ansteuerbar ist, wobei die Energieübertragung zu dem mindestens einen Heizmittel induktiv durch das magnetische Wechselfeld erfolgt, wobei das mindestens eine Heizmittel in einer Außenschicht oder dem Bezug des Fahrzeugsitzes oder dazu benachbart angeordnet ist.
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Eine Sitzbeheizungsvorrichtung ist ein wichtiges Komfortmerkmal moderner Kraftfahrzeuge. Sie sorgt vor allen Dingen an kalten Tagen für eine Steigerung des Komforts des Fahrers oder anderer Passagiere und kann bei längeren Fahrten entspannend wirken.
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Üblich ist die Verwendung von Heizmatten oder Heizspiralen im Sitz, um diese Beheizung zu erreichen. Häufig ist nur eine Beheizung des Sitzes insgesamt möglich. Sollen gewisse Bereiche des Sitzes stärker oder schwächer beheizbar sein, so ist hierfür eine aufwendige Verdrahtung der Sitzbeheizungsvorrichtung notwendig. Eine Anpassung der Sitzbeheizungsvorrichtung an Kundenwünsche, beispielsweise durch ein Angebot mehrerer alternativer Sitzbeheizungsvorrichtungen, ist nur möglich, wenn der ganze Sitz ausgetauscht wird.
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Die Druckschrift
US 2008/0 164 247 A1 betrifft eine induktionsbasierte Heizeinrichtung, die einen ersten Gegenstand umfasst, der ein Drahtgeflecht aufweist, und einen zweiten Gegenstand, in dem eine Spule angeordnet ist, die bei einer Bestromung mit Wechselstrom ein Magnetfeld bereitstellt, durch das in dem Drahtgeflecht Ströme induziert werden.
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Die Druckschrift
US 5 696 409 A betrifft eine Einrichtung zur Energieversorgung für einen Sitz eines Kraftfahrzeugs. Durch einen Transformator, dessen Primärspule am Fahrzeugboden befestigt ist und dessen Sekundärspule an der Unterseite des Fahrzeugsitzes angeordnet ist, wird elektrische Energie zu einem Fahrzeugsitz übertragen.
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Der Erfindung liegt deshalb das Problem zugrunde, ein Fahrzeug mit einer dem gegenüber verbesserten Sitzbeheizungsvorrichtung anzugeben.
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Zur Lösung des Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das mindestens eine Heizmittel eine Sekundärspule ist oder mindestens eine Sekundärspule umfasst.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug beruht auf der Idee, dass der Energietransport zu den Heizmitteln der Sitzbeheizung induktiv erfolgen soll. Dies hat vor allem den Vorteil, dass zwischen der Steuereinrichtung bzw. der Stromversorgung der Sitzbeheizungsvorrichtung und den Heizmitteln keine elektrisch leitende Verbindung notwendig ist. Dies bedeutet auch, dass einzelne Heizmittel leicht anzubringen sind, da keine zusätzliche Verdrahtung notwendig ist. Ein Vorteil ist, dass damit mit geringerem Aufwand ein selektives, lokales Heizen möglich ist, da Heizmittel wesentlich leichter angebracht werden können. Es kann auch vorteilhaft sein, kleinere Heizkreise zu benutzen. Da keine elektrische Verbindung notwendig ist, können auch verschiedene Sitzbezüge angeboten werden, die sich in der Anordnung der Heizmittel unterscheiden. Ein Wechsel zu einer Sitzbeheizungsvorrichtung mit einer anderen Verteilung der Heizmittel ist dann also ebenso einfach wie ein Wechsel des Sitzbezuges.
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Vorzugsweise ist eine sitzseitig angeordnete Spule in der Lehne und eine in der Sitzfläche vorgesehen. Damit ist eine gute magnetische Kopplung an die Heizmittel der Lehne und der Sitzfläche gegeben. Es kann jeweils beispielsweise eine große Spule verwendet werden, um ein homogenes Magnetfeld zu erzeugen. Diese kann durch zusätzliche kleine Spulen ergänzt werden, um das Feld wie gewünscht anzupassen, oder es können viele kleine Spulen verwendet werden, um das Magnetfeld den Anforderungen möglichst gut anzupassen. Die Ansteuerung der verschiedenen Spulen erfolgt vorzugsweise parallel. Damit wird eine geringere Gesamtinduktivität erreicht, wodurch eine Ansteuerung mit kleineren Spannungen möglich ist. Zudem kann es nützlich sein, dass damit eine individuelle Ansteuerung der einzelnen Spulen möglich ist.
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Insgesamt ist jede Anordnung von Leitungen möglich, die ein vorzugsweise senkrecht zur Lehne und/oder Sitzfläche stehendes magnetisches Feld erzeugt, das vorzugsweise in eine Richtung gerichtet ist. Die Steuereinrichtung kann als einzelnes, in den Sitz integriertes System mit zugeordnetem Bedienelement ausgelegt sein, sie kann aber auch in andere Fahrzeugsysteme eingebunden sein, beispielsweise menügeführte Benutzeroberflächen. Es ist möglich, dass eine einzelne Steuereinrichtung für die Ansteuerung der Sitzbeheizungsvorrichtungen aller Sitze im Fahrzeug vorgesehen ist. Es können aber auch den einzelnen Sitzen und deren Sitzbeheizungsvorrichtungen einzelne Steuereinrichtungen zugeordnet sein.
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Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Heizmittel in der Außenschicht oder dem Bezug des Fahrzeugsitzes oder dazu benachbart angeordnet. Dies steigert die Effizienz der Sitzbeheizungsvorrichtung, da weniger Sitzmaterial mit geheizt werden muss. Zudem kann besser lokal geheizt werden, da ein Heizen tiefer im Sitz zu einer weiteren Verteilung der Wärme führt. Besonders vorteilhaft ist ein Anordnen der Heizmittel im Sitzbezug. Dadurch ist eine Änderung der Heizmittelverteilung einfach durch ein Auswechseln des Sitzbezuges möglich. Besonders vorteilhaft ist es hier, wenn die Heizmittel, zumindest zu gro-ßen Teilen aus druckbarer Elektronik bzw. leitfähigen flexiblen Beschichtungen bestehen. Damit ist eine kostengünstige Herstellung verschiedener Sitzbezüge und damit verschiedener Anordnungen der Heizmittel leicht möglich. Es kann auch sinnvoll sein, die Heizmittel unter dem Bezug anzubringen. Heizmittel können beispielsweise als diskrete Bauelemente direkt am Futter des Sitzes verankert werden. Damit ist eine besonders einfache Montage der Heizmittel möglich. Eine Verkabelung ist hier nicht notwendig.
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Das mindestens eine Heizmittel ist eine Sekundärspule oder umfasst mindestens eine Sekundärspule. Sekundärspulen ermöglichen eine sehr effektive Einkopplung des magnetischen Wechselfeldes wird eine Sekundärspule einem Wechselfeld ausgesetzt, so wird zwischen ihren Enden eine Spannung induziert. Die Sekundärspule kann hier also, wie bei einem Transformator, als Spannungsquelle verstanden werden. Durch ein Kurzschließen kann schon die Spule allein als Heizmittel dienen. Vorteilhaft ist es jedoch häufig weitere Heizelemente durch die an der Spule abfallende Spannung zu betreiben. Hier ist ein Betrieb nahezu beliebiger Heizelemente möglich, es können also neben resistiven Heizelementen, also Heizwiderständen, auch andere Heizelemente benutzt werden. So kann beispielsweise eine Wärmepumpe aus zwei Peltierelementen aufgebaut werden, wenn diesen jeweils ein Gleichrichter vorgeschaltet ist.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Sekundärspule Bestandteil eines Schwingkreises. In diesem Fall ist die Stärke der Spannungsoszillation im Schwingkreis abhängig von der Anregungsfrequenz. Dies kann vorteilhaft sein, wenn ein Heizmittel nur bei bestimmten Frequenzen des durch die sitzseitig vorgesehene mindestens eine Spule erzeugten Wechselfeldes betrieben werden soll. Ein solcher Schwingkreis besteht typischerweise aus einer Spule, die hier durch die Sekundärspule gegeben ist, einem Kondensator sowie einem Widerstand. Als Widerstand ist üblicherweise das Heizelement vorgesehen, es kann jedoch auch die Sekundärspule selbst als Widerstand dienen. Vorzugsweise sind alle Elemente des Schwingkreises in einer Außenschicht oder dem Bezug des Fahrzeugsitzes oder dazu benachbart angeordnet. In diesem Fall ist keine zusätzliche Verkabelung des Schwingkreises notwendig. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, beispielsweise die Kondensatoren in einem anderen Bereich anzubringen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Spulen so wie die Heizwiderstände aus flexiblem, leitfähigem Material aufgebaut sind. Häufig ist jedoch eine Verwendung von Keramikkondensatoren oder insbesondere Folienkondensatoren, die auch durch die geometrische Anordnung von mehreren leitenden und nichtleitenden Schichten im Sitzbezug realisiert werden können und quasi einen großen flexiblen Plattenkondensator bilden, vorteilhaft. Da diese nicht flexibel sind, kann es vorteilhaft sein, diese am Rand des Sitzbezuges oder tiefer im Sitz anzuordnen.
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Soll es möglich sein gewisse Bereiche des Sitzes gezielt zu beheizen oder nicht zu beheizen, ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei Sekundärspulen vorgesehen sind, die jeweils Teil eines Schwingkreises sind, wobei die mindestens zwei Schwingkreise unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen. Abhängig von der Dämpfung des Schwingkreises kann bei verschiedenen Anregungsfrequenzen die Amplitude der Oszillation im Schwingkreis stark unterschiedlich ausfallen. Sind nun beispielsweise zwei Schwingkreise mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen im Bezug der Sitzfläche vorhanden, so kann je nach Frequenz des magnetischen Wechselfeldes, welches durch die sitzseitig angeordnete Spule erzeugt wird, ein Schwingkreis viel stärker angeregt werden als der andere. Dieses Beispiel kann für beliebig viele Schwingkreise erweitert werden. Damit ist abhängig von der Ansteuerung der sitzseitigen Spule, welche das magnetische Wechselfeld erzeugt, ein selektiver Betrieb der Heizmittel möglich. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Steuereinrichtung, welche die Spule ansteuert, ein Steuersignal, das eine Mischung aus mehreren Frequenzen darstellt, erzeugen kann. In diesem Fall ist eine selektive Ansteuerung der Heizmittel und somit ein gezieltes Heizen möglich. Somit wird eine Sitzbeheizungsvorrichtung implementiert, bei der die Heizstärke für verschiedene Bereiche des Sitzes einstellbar ist.
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Häufig ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Sekundärspule als Heizwiderstand ausgebildet ist. Heizwiderstände sollten als Flächenelemente parallel zur Sitz- oder Lehnenfläche angeordnet sein, Sekundärspulen ebenso. So können beispielsweise Spulen, die auch als Heizwiderstände dienen, aus flexiblem leitfähigem Material in den Bezug eingearbeitet sein und die Kondensatoren getrennt am Rand des Sitzbezuges angeordnet sein.
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Möglich ist auch ein Aufbau des Schwingkreises aus der Sekundärspule und mindestens einem weiteren Heizelement. Das Heizelement sollte in diesem Fall zumindest einen Kondensator, sowie einen Widerstand umfassen. Der Widerstand muss nicht notwendigerweise ohmsch sein. So ist z. B. der Betrieb von Peltierelementen mit einem vorgeschalteten Gleichrichter möglich. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn zu einem Heizelement, welches Teil eines Schwingkreises ist, weitere Heizelemente parallel geschaltet sind. Dies kann beispielsweise genutzt werden, um mit dem gleichen Schwingkreis an mehreren Stellen der Sitzoberfläche gleichzeitig zu heizen. Es ist zudem vorteilhaft, den einzelnen Heizelementen jeweils einen Bandpass zuzuordnen. In diesem Fall sollte der Schwingkreis so ausgelegt sein, dass sich die Schwingungsamplitude über einen breiten Frequenzbereich nur langsam ändert. Dies ist entweder durch eine starke Dämpfung möglich, oder durch eine Anregung des Schwingkreises deutlich unterhalb der Resonanzfrequenz. Wird der Schwingkreis deutlich unter der Resonanzfrequenz angeregt, kann für eine erste Betrachtung die Sekundärspule wieder als Spannungsquelle betrachtet werden, die das Signal der anregenden, das magnetische Wechselfeld erzeugende Spule wiedergibt. Vorteilhafterweise sind die Bandpässe hier als Bandpässe für den Stromfluss ausgelegt. D. h., dass sie eine Impedanz bilden, die stark frequenzabhängig ist. Sind nun mehrere Zweige vorhanden, so wird der Großteil des Stromes im Zweig mit der niedrigeren Impedanz fließen. Wird nun zunächst die Sekundärspule mit einem Signal einer bestimmten Frequenz angeregt, so ergibt sich vor allem ein Stromfluss in den Zweigen, die für diese Frequenz eine niedrige Impedanz aufweisen. Abhängig von der Anregungsfrequenz wird somit einzelnen Heizelementen mehr Strom zugeführt als anderen. Damit ist ein selektives Heizen möglich. Auch hier ist es besonders vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zur Erzeugung eines Signals, das mehrere Frequenzanteile enthält, ausgebildet ist. Dies ermöglicht die Einstellbarkeit der Heizstärke für verschiedene Bereiche des Fahrzeugsitzes.
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Es kann auch vorteilhaft sein, wenn das Heizmittel mindestens ein aus einem leitfähigen Material bestehendes Flächenelement umfasst. In diesem Fall erfolgt die Heizung durch induzierte Wirbelströme und deren Dämpfung durch den elektrischen Widerstand des leitenden Materials. Es kann beispielsweise ein großes, die ganze Sitzfläche bzw. Lehne bedeckendes Flächenelement vorgesehen sein, es ist aber auch möglich, kleine Flächenelemente zur gezielten Beheizung einiger Bereiche in die Lehne oder Sitzfläche einzubringen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das leitfähige Flächenelement aus leitfähigem Kunststoff oder Metall besteht. Flächenelemente aus leitfähigem Kunststoff besitzen die Vorteile der einfachen Herstellung und der Flexibilität. Es können beispielsweise Kunststoffe verwendet werden, die durch Hinzufügen von Aluminiumflocken oder Ruß leitfähig gemacht wurden, oder Kunststoffe, die aus leitefähigen Polymeren, z. B. Polythiophen oder Polyanilin bestehen, wobei letztere vorzugsweise zusätzlich dotiert sind. Natürlich ist auch eine Verwendung von Metallen, vor allen Dingen Folien möglich. Vorallem die Verwendung von ferromagnetischen Metallen kann vorteilhaft sein, da diese das magnetische Feld konzentrieren. Auch eine Verwendung von ferromagnetischen, leitfähigen Metalloxiden, beispielsweise Magnetit, ist möglich.
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Natürlich ist auch eine Kombination der beschriebenen Heizmittel möglich. So kann es beispielsweise sinnvoll sein, leitfähige Flächenelemente an jenen Stellen einzusetzen, die stets beheizt werden sollen und diese durch frequenzabhängige Heizmittel an den Stellen zu ergänzen, welche besonders stark oder nur in gewissen Fällen beheizt werden sollen. Andere Kombinationsmöglichkeiten können sich je nach Zielsetzung und Produktionserfordernis ergeben.
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Zur Vermeidung hoher Ströme ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Spule zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes über eine Wechselspannungskopplung ansteuerbar ist. Viele der Methoden zur Erzeugung einer spektral breiten Wellenform können dem Steuersignal, welches der Spule zugeführt wird, Gleichspannungsanteile hinzufügen. Die felderzeugende Spule soll nicht zum Heizen genutzt werden. Daher ist es normalerweise vorteilhaft, wenn der Realteil der komplexen Impedanz klein gehalten wird, d. h., die Spule für Gleichspannung einen sehr kleinen Widerstand hat. Der Widerstand für hohe Frequenzen ist dann durch die Induktivität der Spule gegeben. Wird nun dem hochfrequenten Signal zur Ansteuerung der Spule ein Gleichspannungsanteil hinzugefügt, so wirkt die Induktivität der Spule nicht mehr als Widerstand und der Widerstand für dieses Signal ist sehr klein. Daher kann es schon bei relativ kleinen Gleichspannungsanteilen im Steuersignal zu großen Stromflüssen kommen. Um diese zu vermeiden, kann eine Wechselspannungskopplung eingesetzt werden. Hier wird, im einfachsten Fall durch Einfügen eines Kondensators, verhindert, dass große Gleichströme fließen. Im Allgemeinen ist jedoch die Verwendung eines Hochpasses zu bevorzugen.
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Zur Ansteuerung der Spule zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zur Erzeugung mindestens eines pseudoperiodischen Strom- oder Spannungsverlaufs, mit mindestens einem zugeordnetem Spektrum, ausgebildet ist. In vielen erfindungsgemäßen Ausführungen der Sitzbeheizungsvorrichtung werden die Heizmittel durch das Spektrum des der Spule, welche das magnetische Wechselfeld erzeugt, zugeführten Strom- oder Spannungsverlaufs ausgewählt. Das bedeutet, dass die Ansteuerung der einzelnen Heizmittel durch das Spektrum dieses Strom- oder Spannungsverlaufs erfolgt. Die Verwendung einer pseudoperiodischen Welle zur Bestimmung des Strom- oder Spannungsverlaufs hat den Vorteil, dass ein festes Spektrum ausgegeben wird. Damit erfolgt auch eine konstante Ansteuerung der Heizmittel.
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Beispielsweise kann die Steuereinrichtung zur Erzeugung des mindestens einen pseudoperiodischen Strom- oder Spannungsverlaufs durch periodisches Auslesen mindestens eines digitalen Speichers und Digital-Analog-Wandlung ausgebildet sein. Im einfachsten Fall wird eine zuvor gespeicherte Wellenform ausgegeben. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn ein Umschalten zwischen mehreren zuvor gespeicherten Wellenformen möglich ist. In diesem Fall kann also zwischen mehreren vordefinierten Spektren, und somit zwischen mehreren vordefinierten Ansteuerungen der Heizmittel umgeschaltet werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die Wellenform des Strom- oder Spannungsverlaufs während des Betriebs des Kraftfahrzeugs berechnet wird. Beispielsweise können zwei Puffer für Wellenformen vorhanden sein, von denen einer die momentan ausgegebene Wellenform enthält und ein weiterer bei Bedarf mit einer neuberechneten Wellenform gefüllt wird. Die Berechnung der Wellenform kann beispielsweise durch Addition von Sinuswellen erfolgen. Dies erlaubt eine sehr genaue Bestimmung des Spektrums und damit der Ansteuerung der Heizmittel. Da diese Berechnung nicht bei Erzeugung der Wellenform stattfindet, sondern die Wellenform bereits zuvor in einem Puffer abgelegt wird, kann eine additive Synthese auch bei geringer Rechenleistung der Steuereinheit erfolgen. Nach Abschluss der Berechnung wird der zweite Puffer als Ausgabepuffer gewählt. Damit wird die neuberechnete Wellenform ausgegeben, und der erste Puffer steht für neue Berechnungen bereit. Andere Möglichkeiten zur Berechnung der Wellenfunktion sind beispielsweise das Anwenden digitaler Filter auf eine Wellenfunktion mit starken Anteilen an höheren harmonischen Schwingungen, beispielsweise eine Impulswelle, oder die Verwendung von Phasenmodulation. Bei der Verwendung von Phasenmodulation ist eine direkte Berechnung während der Ausgabe vorteilhaft. Hier wird die Ausleseposition des Wellenpuffers durch ein zweites pseudoperiodisches Signal, dass ebenfalls von der Steuereinrichtung erzeugt wird, moduliert. Durch dieses Verfahren lassen sich neue Frequenzanteile hinzufügen. Daher sollte es vorzugsweise mit einfachen Ausgangswellen, beispielsweise Sinuswellen, durchgeführt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zur Erzeugung des mindestens einen pseudoperiodischen Strom- oder Spannungsverlaufs aus einer periodischen Abfolge von Spannungs- oder Stromimpulsen ausgebildet ist. Für eine induktive Energieübertragung zu den Heizmitteln ist es zweckmäßig, wenn die Wechselfelder hochfrequent sind. Daher kann es vorteilhaft sein, die auszugebenden Wellenformen direkt aus einem periodischen Signal, beispielsweise einem Bustakt, abzuleiten. Beispielsweise kann durch Verwendung eines Zählers zum einen direkt eine Erzeugung von subharmonischen Rechtecksschwingungen des Bustaktes erfolgen, zum anderen können auch Rechtecksschwingungen mit variabler Pulsweite erzeugt werden. Damit kann auch hier das Spektrum angepasst werden.
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Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Steuereinrichtung zur Erzeugung, des mindestens einen pseudoperiodischen Strom- oder Spannungsverlaufs aus einer vorgegebenen Spannung oder einem vorgegebenen Strom ausgebildet ist. Hier kann beispielsweise direkt eine Sägezahnwelle erzeugt werden, indem der feste Strom bzw. die feste Spannung in einen Integrator geführt wird. Des Weiteren muss vorgesehen sein, dass der Kondensator des Integrators entweder bei Überschreiten einer festen Spannung oder bei Zuführen eines Signals, das beispielsweise eine subharmonische eines Bustaktes sein kann, entleert wird. Aus dieser Sägezahnschwingung können im weiteren beispielsweise über einen Komperator weitere Wellenformen erzeugt werden.
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Um Strom- oder Spannungsverläufe mit komplexeren Spektren zu erzeugen, die zu einer unabhängigen Ansteuerung einer Vielzahl von Heizmitteln geeignet sind, kann es vorteilhaft sein, wenn die Amplitude und/oder Frequenz des mindestens einen pseudoperiodischen Strom- oder Spannungsverlaufs durch mindestens einen weiteren von der Steuereinrichtung erzeugten pseudoperiodischen Strom- oder Spannungsverlauf veränderbar ist. Beispielsweise erzeugt eine Amplitudenmodulation eines Sinus mit einem weiteren Sinus einfache Seitenbänder. Eine Frequenzmodulation führt zu einem breiteren Abklingen der Harmonischen durch das Spektrum. Durch Verwendung dieser Verfahren kann mit geringem Aufwand ein komplexes Spektrum erzeugt werden.
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Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung ausgebildet ist, den mindestens einen periodischen Strom- oder Spannungsverlauf aus mindestens einem weiteren von der Steuereinrichtung erzeugtem pseudoperiodischen Strom- oder Spannungsverlauf zu erzeugen. Hier sind zwei Verfahren nützlich: Zum einen das Mischen mehrerer, unabhängig voneinander erzeugter Wellenformen, zum anderen eine Verformung einer erzeugten Wellenform. Wird die Wellenform digital erzeugt, so sind nahezu beliebige Verformungen möglich. Beispielsweise kann ein Sägezahn zum Auslesen einer beliebigen Wellenform genutzt werden. Als weiteres Beispiel kann ein Chebyshev-Polynom als formende Funktion eines Sinus genutzt werden. Wird ein einzelnes Polynom n-ter Ordnung verwendet, so entspricht die Ausgabe einem Sinus zur n-ten harmonischen des Eingabesinus. Wird eine Summe verschiedener Chebyshev-Polynome verwendet, so entspricht die Ausgabe einer Summe der entsprechenden harmonischen des Sinus. Auch bei analoger Verformung der Wellenform kann das Spektrum kontinuierlich verändert werden.
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Natürlich ist auch eine gemischte Verwendung der alternativen Methoden zur Erzeugung der Wellenform des Strom- oder Spannungsverlaufs möglich.
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Gerade mit einer Kombination dieser Methoden kann kontrolliert das Spektrum der Wellenform geformt, und damit die den jeweiligen Heizmitteln zugeführte Leistung kontrolliert werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Steuerungseinrichtung ausgelegt ist, das Spektrum zeitabhängig und/oder durch äußere Signale zu verändern. Dies ermöglicht eine Kontrolle über die Stärke der Beheizung, so wie über die lokale Verteilung der Beheizung. Es ist zweckmäßig, wenn der Heizbetrieb durch manuelle Betätigung eines Bedienelementes zuschalt- und/oder veränderbar ist. Im einfachsten Fall kann dies ein separates Bedienelement sein, dessen Bedienung die Stärke der Sitzbeheizung regelt, das aber auch eine Auswahl aus verschiedenen Heizverteilungen erlauben kann. Im Sinne einer übersichtlichen Gestaltung der Bedienelemente und einer größeren Flexibilität bei der Ansteuerung der individuellen Heizmittel kann es allerdings sinnvoll sein, ein vorhandenes Menü basiertes Bediensystem, beispielsweise ein Display mit durch ein Bedienelement, beispielsweise einen Drehdrücksteller, auswählbaren Funktionen, zu nutzen.
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Es ist zudem vorteilhaft, wenn der Heizbetrieb in Abhängigkeit wenigstens eines Sensorsignals zuschalt- und/oder veränderbar ist. Durch Gewichtssensoren kann beispielsweise eine Beheizung eines Sitzes nur vorgenommen werden, wenn dieser auch besetzt ist. Des Weiteren ist beispielsweise durch Kontaktsensoren eine automatische Anpassung der beheizten Fläche an die Konturen des Insassen möglich. Es ist auch möglich, dass aus den Konturen des Insassen weitere Bereiche, die besonders stark oder besonders schwach beheizt werden sollen, ermittelt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen, sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipzeichnung eines Fahrzeugsitzes mit erfindungsgemäßer Sitzbeheizungsvorrichtung,
- 2 eine schematische Darstellung der sitzseitig angeordneten Spule zur Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes, sowie die zugeordnete Steuereinrichtung,
- 3 eine erfindungsgemäße Anordnung mehrerer Schwingkreise sowie einer leitfähigen Fläche im Sitzbezug eines Fahrzeugsitzes, und
- 4 die erfindungsgemäße Anordnung eines Schwingkreises mit mehreren parallelen zugeordneten Heizelementen mit zugeordneten Bandpässen im Sitzbezug der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes.
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1 zeigt schematisch einen Fahrzeugsitz 1, dem eine erfindungsgemäße Sitzbeheizungsvorrichtung zugeordnet ist. Im Fahrzeugsitz sind zwei Spulen 2 angeordnet, die das magnetische Wechselfeld erzeugen. Diese werden von einer Steuereinrichtung 4 angesteuert. Im Sitzbezug 5 sind eine Vielzahl von Heizmitteln 6 anbracht. Im Sitzkörper ist zudem ein Gewichtssensor 3 angebracht, mit dem festgestellt werden kann, ob der Sitz besetzt ist.
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Wird durch ein entsprechendes Bedienelement die Sitzheizung aktiviert, so prüft zunächst die Steuereinrichtung, ob der zu heizende Sitz besetzt ist. Hierzu wird der Ausgabewert des Gewichtsensors aufgenommen. Ist dies der Fall, wird von der Steuereinrichtung ein pseudoperiodischer Spannungsverlauf erzeugt. Dieser wird den Spulen in der Lehne und der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes zugeführt. Der Spannungsverlauf wird hier durch periodisches Auslesen eines digitalen Speichers und anschließende Digital-Analog-Wandlung erzeugt. Durch die Spulen in der Sitzfläche und der Lehne des Sitzes werden magnetische Wechselfelder erzeugt, deren Frequenzzusammensetzung dem Spektrum der digital gespeicherten Welle in der Steuereinheit entspricht.
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Im Sitzbezug sind eine Vielzahl von Heizmitteln angeordnet. Diese können aus einfachen, leitfähigen Flächen bestehen. In diesem Fall wird die Heizleistung durch induzierte Wirbelströme erzeugt und ist nahezu unabhängig von der Frequenz der Anregung. Andererseits können aber auch einige der Heizelemente aus Schwingkreisen bestehen oder aus einer Sekundärspule und zugeordneten Bandpässen. In diesem Fall wird die jeweilige Heizleistung des Heizmittels durch Induktion einer Wechselspannung in der Sekundärspule erzeugt und ist abhängig von der Frequenz bzw. dem Spektrum der Anregung. Auf diese beiden Heizmittel wird in der Figurenbeschreibung zur 3 und 4 noch näher eingegangen.
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Zur Änderung der Ansteuerung der Heizmittel kann entweder durch ein externes Signal die von der Steuereinrichtung erzeugte Wellenform zwischen mehreren vorgespeicherten Wellenformen umgeschaltete werden oder es kann eine neue Wellenform, beispielsweise durch additive Synthese, erzeugt werden. Das Anbringen der Heizmittel im Sitzbezug hat zudem den Vorteil, dass auch vom Endbenutzer des Kraftfahrzeugs leicht die Verteilung der Heizmittel verändert werden kann, indem einfach der Sitzbezug ausgewechselt wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Spule, die das magnetische Wechselfeld erzeugt sowie der zugeordneten Steuereinheit. Die zwei Enden des Spulendrahts der Spule 2 liegen zum einen auf einem Nullpotential 8, zum anderen auf einem Spannungspotential, das von der Steuereinrichtung 4 ausgegeben wird. Die Steuereinrichtung besteht hier aus einem Wellenformgenerator, der einen pseudoperiodischen Spannungsverlauf durch periodisches Auslesen mindestens eines digitalen Speichers und anschließende Digital-Analog-Wandlung erzeugt, sowie aus einer weiteren Einheit 10, die der Wellenformauswahl bzw. der Generierung neuer Wellenformen dient. Im normalen Heizbetrieb wird stets periodisch die gleiche Wellenform vom Wellenformgenerator 9 ausgegeben. Dadurch erzeugt die Spule 2 ein periodisches Wechselfeld, dessen Spektrum den Spektrum der digital gespeicherten Welle im Wellenformgenerator 9 entspricht. Durch Steuersignale von Sensoren oder Bedienelementen kann die Steuereinheit angewiesen werden, eine andere Wellenform auszuwählen oder es kann eine neue Wellenform generiert werden. Im einfachsten Fall erfolgt die Umschaltung zwischen mehreren im Speicher vorhandenen Wellenformen und den dazugehörigen Spektren. So kann schon bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs eine Auswahl an Wellenformen eingespeichert werden, die beispielsweise aus verschiedenen Mischungen von Sinusschwingungen verschiedener Frequenzen bestehen. Somit ändert sich bei einer Umschaltung zwischen den Wellenformen der Anteil verschiedener Frequenzen am Ausgangssignal, und somit die Ansteuerung der verschiedenen Heizmittel. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Wellenformen der Spannungsverläufe dynamisch erzeugt werden. Dies kann beispielsweise gelöst werden, indem zwei verschiedene Puffer für digitale Wellenformen vorhanden sind, wobei einer dieser Puffer kontinuierlich ausgegeben wird und der andere zur Berechnung von neuen Wellenformen zur Verfügung steht. Dies kann beispielsweise durch additive Synthese geschehen. Das Mischungsverhältnis der verschiedenen Frequenzen kann beispielsweise über ein hier nicht abgebildetes Menü basiertes Bediensystem erfolgen.
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Sitzbezug mit mehreren integrierten Schwingkreisen sowie einer leitfähigen Fläche. Sowohl im Sitzbezug der Lehne 11, als auch im Sitzbezug der Sitzfläche 12 sind mehrere Heizmittel integriert. Auf die Heizmittel 6 in der Lehne soll hier nicht detailliert eingegangen werden. In der Sitzfläche sind drei Schwingkreise 17, 18, 7 integriert. Die Zusammensetzung eines Schwingkreises soll beispielhaft am 3. Schwingkreis 7 erläutert werden. Der Schwingkreis besteht aus einer Spule 15, die hier als Sekundärspule dient, an die das Magnetfeld der sitzseitig integrierten Spule, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, ankoppelt. Des Weiteren enthält der Schwingkreis einen Kondensator 14 sowie einen Heizwiderstand 16.
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Unter Vernachlässigung der Dämpfung ist die Resonanzfrequenz des Schwingkreises proportional zur Wurzel des Kehrbruches des Produkts der Kapazität des Kondensators 14 und der Induktivität der Spule 15. Bei einer gleichartigen Auslegung der Sekundärspulen und nicht zu großen Widerständen kann die Resonanzfrequenz des Stimmkreises also durch passende Wahl der Kapazität gestimmt werden. Hier sollen erfindungsgemäß in den drei Schwingkreisen 17, 18, und 7 unterschiedliche Kondensatoren verwendet werden. Damit haben die verschiedenen Schwingkreise auch verschiedene Resonanzfrequenzen. Es kann also durch Wahl einer passenden Anregungsfrequenz ein Schwingkreis wesentlich stärker angeregt werden, als die anderen. Es ist auch möglich Anregungssignale mit verschiedenen Frequenzen zu mischen und damit die verschiedenen Schwingkreise verschiedenstark anzuregen.
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Neben den drei Schwingkreisen ist auch eine leitfähige Fläche 25 in den Bezug der Sitzfläche eingelassen. Ein magnetisches Wechselfeld führt in dieser Fläche zu Wirbelströmen, und somit auch zu einer Beheizung dieser Fläche. Die Beheizung durch Wirbelströme variiert wesentlich langsamer mit der Frequenz, als der Grad der Einkopplung in die Schwingkreise. Näherungsweise kann eine leitfähige Fläche also als ein Heizmittel angesehen werden, dessen Heizleistung ausschließlich von der Amplitude, nicht jedoch von der Frequenz des angelegten Wechselfeldes abhängt. Somit können leitfähige Flächen in Sitzbezügen als eine Art Grundheizung aufgefasst werden, d. h., diese Heizmittel werden immer betrieben sobald ein magnetisches Wechselfeld erzeugt wird.
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Zudem sind im Bezug der Sitzfläche noch drei Kontaktsensoren abgebildet. Kontaktsensoren erlauben es, die beheizten Zonen auf jene Bereiche zu beschränken, in denen Kontakt zum Insassen besteht. Beim dargestellten Sitz ist es beispielsweise möglich, dass die Beheizung so gesteuert wird, dass die leitfähige Fläche immer beheizt wird, die als Schwingkreis ausgebildeten Heizmittel jedoch nur, wenn der nächstgelegene Kontaktsensor einen Kontakt zum Insassen feststellt.
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4 zeigt einen erfindungsgemäßen Sitzbezug, bei dem genau ein Schwingkreis 13 im Bezug der Lehne 11 sowie genau ein Schwingkreis 22 im Bezug der Sitzfläche 12 angebracht sind. Der Schwingkreis 22 besteht aus einer Sekundärspule 15, an die vier parallel geschaltene Heizelemente sowie zugehörige Bandpässe 19, 20, 23 und 24 angeschlossen sind.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Anregung hier so, dass alle Frequenzanteile des Anregungssignals weit unter der Resonanzfrequenz des Schwingkreises liegen, um eine gleichmäßige Einkopplung aller Frequenzen zu erreichen. Die Bandpässe bestehen aus drei Elementen. Dies soll am 4. Bandpass 24 erläutert werden. Der Bandpass besteht aus einer Drosselspule 21, einem Heizwiderstand 16, der gleichzeitig das Heizelement bildet, sowie einem Kondensator 14.
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Die Funktion des Bandpasses ist klar zu erkennen, wenn die Sekundärspule als Spannungsquelle betrachtet wird. Die komplexe Impedanz des Bandpasses ist stark abhängig von der Frequenz der angelegten Spannung. Die minimale Impedanz des Bandpasses wird erreicht, wenn die Kreisfrequenz gleich der Wurzel des Kehrbruches des Produkts der Kapazität des Kondensators und der Induktivität der Spule ist. Bei dieser Frequenz wird der Strom, der bei einer vorgegebenen Spannung den Bandpassfilter passiert, maximal. Da der Strom, der durch den Bandpassfilter fließt direkt die Heizleistung bestimmt, ist somit auch die Heizleistung des Heizelements stark abhängig von der Frequenz der Spannung, und somit von der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes.
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Somit kann auch in diesem Anwendungsbeispiel durch die Anregung der sitzseitigen Spule mit einer bestimmten Frequenz selektiv nur ein Heizelement beheizt werden. Natürlich ist auch eine Mischung von mehreren Frequenzen als Spannungssignal für die sitzseitige Spule möglich. Somit ist es möglich, die Stärke der Beheizung der verschiedenen Heizelemente getrennt festzulegen.
