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Die Erfindung betrifft eine Heizanordnung insbesondere für ein Kraftfahrzeug sowie ein Heizelement für eine solche Heizanordnung.
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Zur Erhöhung des Komforts, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, werden in Kraftfahrzeugen häufig verschiedene Heizanordnungen integriert, die über ein oder mehrere Heizelemente Wärme erzeugen. Zusätzlich zu einer typischerweise vorhandenen und durch Motorabwärme betriebenen Heizung sind weitere Heizanordnungen verfügbar. Solche zusätzlichen Heizanordnungen werden beispielsweise im Sitz oder im Lenkrad verbaut und können insbesondere auch nachgerüstet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Heizanordnung für ein Kraftfahrzeug anzugeben. Desweiteren soll ein Heizelement für eine solche Heizanordnung angegeben werden.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Heizanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Heizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Hierzu ist vorgesehen, dass eine Heizanordnung für ein Kraftfahrzeug ein Heizelement aufweist, das wenigstens eine Heizkomponente zur Erzeugung von Wärme umfasst. Desweiteren ist ein an dem Kraftfahrzeug angebrachtes erstes Übertragungselement zur insbesondere kontaktlosen Übertragung von elektrischer Energie zu einem an dem Heizelement angebrachten zweiten Übertragungselement vorgesehen, wobei die beiden Übertragungselemente voneinander galvanisch getrennt sind. Hierdurch entfällt insbesondere die Notwendigkeit eines Kabels beispielsweise mit Steckverbinder zur Versorgung des Heizelementes mit elektrischer Energie, wodurch insbesondere die Handhabung und/oder die Fertigung vereinfacht sind. Desweiteren ist auch die Sicherheit der Heizanordnung verbessert. Unter Heizelement wird hierbei eine zusätzlich im Kraftfahrzeug einbau-, einsetz- oder einlegbare Vorrichtung verstanden. Die Heizkomponente ist dabei ein Teil des Heizelementes und erzeugt Wärme in geeigneter Weise. Insbesondere kann ein Heizelement mehrere Heizkomponenten aufweisen. Die von der Heizanordnung erzeugte Heizwirkung ist durch eine Heizleistung definiert. Diese liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10 W und 200 W. Bei dem Heizelement handelt es sich vorzugsweise um ein reversibel lösbar mit dem Fahrzeug verbundenes Element, welches beispielsweise lediglich auf eine Fahrzeugkomponente aufgelegt wird. Ein derartiges Heizelement ist dann zu Reinigungszwecken einfach zu entnehmen.
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Eine derartige Heizanordnung ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug integriert. Die Erfindung betrifft daher auch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Heizanordnung. Die Heizanordnung ist jedoch nicht auf das Anwendungsgebiet der Kraftfahrzeugtechnik beschränkt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die beiden Übertragungselemente jeweils wenigstens eine Spule zur Herstellung einer induktiven Kopplung des ersten Übertragungselementes mit dem zweiten Übertragungselement auf. Hierdurch wird insbesondere eine galvanische Trennung von Heizelement und Kraftfahrzeug realisiert. In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung weisen die beiden Übertragungselemente jeweils wenigstens eine Elektrode zur Herstellung einer kapazitiven Kopplung des ersten Übertragungselementes mit dem zweiten Übertragungselement auf. Dadurch wird insbesondere eine galvanische Trennung von Heizelement und Kraftfahrzeug realisiert. Auch ist es möglich, dass die Übertragungselemente jeweils eine Kombination von einer Anzahl von Spulen und einer Anzahl von Elektroden aufweisen.
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In einer geeigneten Weiterbildung ist das zweite Übertragungselement aus einem ferromagnetischen Werkstoff gefertigt. Hierbei wird unter ferromagnetisch insbesondere verstanden, dass der Werkstoff bei Raumtemperatur ferromagnetisch ist. Hierdurch ist es insbesondere möglich, auf einfache Weise eine Wirbelstromheizung zu realisieren. Allgemein werden daher in einer bevorzugten Variante, insbesondere bei der induktiven Kopplung, Wirbelströme induziert.
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Bevorzugterweise ist die Übertragung von Energie von dem ersten Übertragungselement zu dem zweiten Übertragungselement temperaturabhängig. Dadurch lässt sich insbesondere ein Überhitzungsschutz realisieren. Dabei wird insbesondere bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur die Übertragung von elektrischer Energie reduziert oder unterbunden.
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Vorteilhafterweise ist das Heizelement aus einem Werkstoff gefertigt, der unterhalb einer Umschlagstemperatur ferromagnetisch und oberhalb dieser Umschlagstemperatur paramagnetisch ist, wobei die Umschlagstemperatur einstellbar ist. Insbesondere ist hierbei die Umschlagstemperatur die Curie-Temperatur des verwendeten Werkstoffes. Dadurch kann insbesondere in Kombination mit einer Wirbelstromheizung eine automatische Abschaltung des Heizelementes bei einer vorgegebenen Temperatur, die im Wesentlichen der Umschlagstemperatur entspricht, erzielt werden. Weist das Heizelement eine Temperatur auf, die größer ist als die Umschlagstemperatur, verhält sich der Werkstoff im Wesentlichen paramagnetisch, wodurch die Energiezufuhr und damit insbesondere die Erzeugung von Wärme reduziert oder gänzlich unterbunden sind. Der Werkstoff ist beispielsweise eine Legierung aus einer Anzahl von Legierungspartnern und die Umschlagstemperatur ist durch Wahl geeigneter Massenverhältnisse der Legierungspartner einstellbar.
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Bevorzugterweise ist die Heizkomponente zugleich das zweite Übertragungselement. Insbesondere in Kombination mit einer kapazitiven oder induktiven Kopplung ist die Heizkomponente hierbei eine Elektrode beziehungsweise eine Spule. Dadurch ist es möglich, mittels in dem zweiten Übertragungselement erzeugter Wirbelströme eine Heizwirkung zu erzielen. In anderen Worten: der Heizwirkung der Heizanordnung liegt eine kapazitive beziehungsweise induktive Wirbelstromheizung zugrunde. Vorteilhafterweise ist dazu der ohmsche Wiederstand des zweiten Übertragungselementes geeignet dimensioniert. Hierdurch kann insbesondere die Heizwirkung eingestellt werden. Eine Einstellung erfolgt dabei entweder herstellerseitig oder auch anwenderseitig über einen geeigneten Mechanismus, beispielsweise durch einen zusätzlichen variablen ohmschen Wiederstand in Form eines Potentiometers.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erste Übertragungselement elektrisch leitend mit einer Wechselstromquelle verbunden. Mit anderen Worten: das Kraftfahrzeug weist geeigneterweise eine Wechselstromquelle auf, die zur Versorgung der Heizkomponente mit Energie dient. Hierdurch ist es insbesondere möglich auf einen in dem Heizelement separat eingebauten Wechselrichter zu verzichten, wodurch das Heizelement platzsparend und kostengünstig fertigbar ist. Der Vorteil tritt besonders deutlich beim Einbau mehrerer Heizelemente in das Kraftfahrzeug hervor, da dann lediglich eine Wechselstromquelle zur Versorgung dieser Heizelemente benötigt wird. Eine Wechselstromquelle kann beispielsweise ein in dem Kraftfahrzeug vorhandener Wechselstromgenerator sein oder auch eine Kombination eines Energiespeichers, beispielsweise einer Batterie, und eines Wechselrichters. Dabei generiert die Wechselstromquelle eine Wechselspannung mit einer Frequenz, wobei der zeitliche Mittelwert der Wechselspannung beispielsweise im Bereich von 100 V bis 300 V liegt und die Frequenz beispielsweise im Bereich von 100 kHz bis 200 kHz.
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In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist die Heizkomponente ein ohmscher Wiederstand. Hierdurch sind insbesondere bereits für herkömmliche Heizelemente verwendete Heizkomponenten verwendbar oder einsetzbar. Die beiden Übertragungselemente dienen dann der Übertragung von Energie vom Kraftfahrzeug zur Heizkomponente. Dazu ist weiterhin die Heizkomponente mit dem zweiten Übertragungselement elektrisch leitend verbunden. Die Heizkomponente ist beispielsweise ein Heizdraht in Form eines Leiters mit einem vorgegebenen ohmschen Widerstandswert.
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Vorzugsweise weist das Heizelement eine Abschirmvorrichtung auf. Dadurch ist es insbesondere möglich den für Innenräume von Kraftfahrzeugen geltenden EMV-Richtlinien zu genügen. Zusätzlich ist es insbesondere möglich, Insassen und/oder weitere Komponenten des Fahrzeuges, beispielsweise Fahrassistenzsysteme, gegenüber elektromagnetischer Strahlung abzuschirmen. Die Abschirmvorrichtung ist beispielsweise ein das zweite Übertragungselement und/oder das Heizelement wenigstens teilweise umgebendes oder abdeckendes Drahtgitter, -geflecht oder eine Metallfolie. Vorzugsweise ist die Abschirmvorrichtung derart angeordnet, dass diese in eingebautem Zustand des Heizelementes den Innenraum des Kraftfahrzeuges wenigstens teilweise gegen das zweite Übertragungselement abschirmt.
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Vorteilhafterweise weist die Heizanordnung eine Steuerungselektronik auf. Dadurch ist insbesondere eine Steuerung der Heizanordnung möglich. Beispielsweise wird die Heizanordnung mittels der Steuerungselektronik ein- oder ausgeschaltet. Geeigneterweise wird die Heizanordnung in Abhängigkeit eines Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges gesteuert. Dadurch ist es insbesondere möglich, die Heizanordnung automatisch den Anforderungen des Betriebszustandes anzupassen. Dabei ist ein Betriebszustand beispielsweise eine geöffnete Fahrzeugtür oder eine aktivierte Verriegelung des Kraftfahrzeuges. In diesem Fall kann das Heizelement mittels der Steuerungselektronik beispielsweise abgeschaltet werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung steuert oder regelt die Steuerungselektronik die Übertragung der elektrischen Energie. Hierdurch ist es insbesondere möglich die Heizleistung der Heizanordnung einzustellen. Dies geschieht beispielsweise automatisch und/oder anwenderseitig insbesondere mittels geeigneter Bedienelemente.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Heizanordnung einen Temperatursensor zur Messung einer Temperatur auf. Beispielsweise wird eine Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeuges gemessen. Insbesondere in Kombination mit einer Steuerungselektronik ist es hierdurch möglich, die Heizleistung in Abhängigkeit der Temperatur, insbesondere der Innentemperatur zu regeln.
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Geeigneterweise ist die Heizkomponente selbst der Temperatursensor. Hierdurch ist die Heizanordnung insbesondere im Aufbau vereinfacht. Beispielsweise wird die Temperatur der Heizkomponente über deren ohmschen Wiederstand ermittelt.
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Die Heizkomponente ist beispielsweise zusätzlich als Kalt- oder Heißleiter ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Heizkomponente sowohl der Temperatursensor als auch das zweite Übertragungselement. Hierdurch ergibt sich insbesondere ein besonders kompakter und einfacher Aufbau der Heizanordnung. Beispielsweise ist das Heizelement eine Spule, das zugleich zur Herstellung einer induktiven Kopplung mit dem als Spule ausgebildete erste Übertragungselement dient, und deren ohmscher Wiederstand zur Ermittlung der Temperatur der Heizkomponente dient. Dabei ist die Steuerungselektronik beispielsweise an dem Heizelement angebracht sein.
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Vorteilhafterweise ist die Übertragung der elektrischen Energie und insbesondere die Heizwirkung in Abhängigkeit der Temperatur gesteuert oder geregelt. Unter Temperatur wird dabei beispielsweise die Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeuges und/oder die Temperatur der Heizkomponente verstanden. Hierdurch ist es insbesondere möglich einen Bereich des Kraftfahrzeuges auf eine vorgegebene Temperatur zu heizen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Heizanordnung eine Positionierhilfe zur Herstellung einer lösbaren, insbesondere mechanischen Verbindung des Heizelementes mit dem Kraftfahrzeug auf. Dadurch wird insbesondere eine Effizienz der insbesondere kontaktlosen Übertragung von Energie mittels der galvanisch getrennten Übertragungselemente verbessert. Beispielsweise weisen das Heizelement und das Kraftfahrzeug eine Anzahl von Druckknopfverbindungen auf, mittels welcher das Heizelement lösbar und in definierter, relativer Anordnung zum Kraftfahrzeug anbringbar ist. Weitere Beispiele für Positionierhilfen zur Herstellung einer lösbaren Verbindung sind Klettverschluss, Reißverschluss, geeignete Magneten, Klebestreifen, Steckverbindungen und/oder Rast-/Schnappelemente. In einer alternativen Ausgestaltung weist das Heizelement eine Anzahl von Magneten und das Kraftfahrzeug dazu komplementäre Markierungen auf, wobei die Markierungen eine Anzahl von zur Herstellung einer magnetischen Haftverbindung geeignete Stellen des Kraftfahrzeuges markieren. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung weist lediglich das Heizelement wenigstens zwei Arten zueinander komplementärer Positionierhilfen auf. Hierdurch ist es möglich, das Heizelement nach Art einer Heizmanschette um einen Teil des Kraftfahrzeuges, beispielsweise Motor oder Lenkrad, herum anzuordnen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Heizelement als eine Heizmatte, insbesondere als Fußmatte ausgebildet, die, bis auf Fixierelemente, lose auf eine Komponente des Fahrzeugs gelegt ist. Hierdurch ist insbesondere eine beheizte Fußmatte für ein Kraftfahrzeug auf einfache Weise realisiert.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
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1 ein Kraftfahrzeug mit einer Heizanordnung, umfassend ein als Fußmatte ausgebildetes Heizelement,
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2 eine Aufsicht auf das Heizelement gemäß 1,
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3 eine Aufsicht auf eine alternative Ausgestaltung des Heizelementes gemäß 1, mit einer Heizkomponente, die zugleich ein zweites Übertragungselement ist,
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4 eine Aufsicht auf eine weitere Ausgestaltung des Heizelementes gemäß 1, und
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5 nach Art einer Schnittdarstellung eine Heizanordnung mit einem ersten und einem zweiten Übertragungselement, die jeweils eine Mehrzahl von Spulen umfassen.
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1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 2 mit einer Heizanordnung 4, umfassend ein als Fußmatte ausgebildetes Heizelement 6, welches eine Heizkomponente 8 (vgl. 2) aufweist. Eine Wechselstromquelle 10 ist über eine elektrische Verbindung 12a mit einem ersten Übertragungselement 14a verbunden. Das Heizelement 6 umfasst weiterhin ein zweites Übertragungselement 14b und die beiden Übertragungselemente 14a, 14b sind derart ausgestaltet, dass eine kontaktlose Energieübertragung ermöglicht ist. Die beiden Übertragungselemente 14a, 14b sind galvanisch voneinander getrennt, ebenso die Heizkomponente 8 und die Wechselstromquelle 10.
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Desweiteren zeigt 1 eine Steuerungselektronik 16 welche in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Temperatursensor 18 verbunden ist. Die Steuerungselektronik 16 ermittelt hier eine Temperatur mittels des Temperatursensors 18 und steuert die Übertragung elektrischer Energie über die Verbindung 12a in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur und / oder in Abhängigkeit einer manuellen Vorgabe durch den Benutzer. In einer alternativen, hier nicht gezeigten Ausführungsform sind die Steuerungselektronik 16 und/oder der Temperatursensor 18 ein Teil des Heizelements 6.
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2 zeigt das Heizelement 6 gemäß 1, umfassend das zweite Übertragungselement 14b, welches über eine geeignet ausgestaltete elektrisch leitende Verbindung 12b mit der Heizkomponente 8 verbunden ist. Desweiteren weist das Heizelement 6 eine Abschirmvorrichtung 20 auf, die hier derart angeordnet ist, dass diese das zweite Übertragungselement 14b vollständig überdeckt. Zusätzlich umfasst das Heizelement 6 eine Positionierhilfe 22, die in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als eine Anzahl von Druckknöpfen ausgestaltet ist. Diese dienen zur Herstellung einer lösbaren, mechanischen Verbindung mit dem Kraftfahrzeug.
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3 zeigt eine Ausgestaltung des Heizelementes 6 gemäß 1, wobei die Heizkomponente 8 zugleich das zweite Übertragungselement 14b ist. Dieses ist hier als Elektrode 24 ausgebildet. Ebenso ist das hier nicht dargestellte erste Übertragungselement 14a als Elektrode ausgebildet. Dadurch wird eine kapazitive Kopplung zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie realisiert. Eine Heizwirkung wird hier insbesondere durch in der Heizkomponente 8 generierte Wirbelströme erzielt.
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4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Heizelementes 6 gemäß 1, wobei das hier nicht gezeigte erste Übertragungselement 14a sowie das zweite Übertragungselement 14b jeweils eine Spule 26 umfassen. Das zweite Übertragungselement 14b ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer hier als Drahtgeflecht ausgebildeten Abschirmvorrichtung 20 abgedeckt. Auf diese Weise wird eine Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung verringert. Die Heizkomponente 8 ist hier nach Art eines Heizdrahtes zur Realisierung einer Widerstandsheizung ausgebildet und mit dem zweiten Übertragungselement 14b über die elektrische Verbindung 12b verbunden.
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Die in den Figuren dargestellten elektrischen Komponenten des Heizelements 6 sind vorzugsweise innerhalb eines Trägermaterials, auch ein mehrschichtiger Trägeraufbau, eingebettet. Insbesondere sind sie zwischen einer bodenseitigen und einer innenraumseitigen (Textil-)Lage der (Fuß-)Matte nach Art eines Sandwich-Aufbaus eingebettet.
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5 zeigt einen Ausschnitt des Kraftfahrzeuges 2 gemäß 1 und die Heizanordnung 4. Deutlich erkennbar ist, dass das erste Übertragungselement 14a über die Verbindung 12a von der Wechselstromquelle 10 mit Energie versorgt wird. Die Energie wird kontaktlos zum zweiten Übertragungselement 14b übertragen, welches hier gleichzeitig die Heizkomponente 8 ist und von einer Abschirmvorrichtung 20 überdeckt ist. Diese ist hier als Folie ausgebildet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst jedes der Übertragungselemente 14a, 14b eine Anzahl von Spulen 26 zur induktiven, kontaktlosen Übertragung elektrischer Energie. Die Heizwirkung wird hierdurch nach Art einer Induktionsheizung erzielt.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Heizanordnung
- 6
- Heizelement
- 8
- Heizkomponente
- 10
- Wechselstromquelle
- 12a
- elektrische Verbindung
- 12b
- elektrische Verbindung
- 14a
- erstes Übertragungselement
- 14b
- zweites Übertragungselement
- 16
- Steuerungselektronik
- 18
- Temperatursensor
- 20
- Abschirmvorrichtung
- 22
- Positionierhilfe
- 24
- Elektrode
- 26
- Spule
