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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beheizen von Flächen im Innenraum eines Fahrzeugs mit einer Heizung, die ein Heizelement mit mindestens einem Heizleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweist gemäß dem Oberbergriff des Anspruchs 1.
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In Fahrzeugen werden Heizungen unter anderem sowohl zum Beheizen von Sitzflächen als auch zum Beheizen von Verkleidungsteilen eingesetzt. Solche Heizungen umfassen ein Heizelement mit mindestens einem Heizleiter mit einem positiven Temperaturkoeffizienten. Ein mittlerer Strom bzw. eine mittlere Leistung, mit dem bzw. mit der die Heizung betrieben wird, wird begrenzt, und zusätzlich wird gegebenenfalls nur ein begrenzter Peakstrom bzw. nur eine begrenzte Peakleistung zur Verfügung gestellt. Weiterhin umfasst eine solche Heizung einen durch Pulsweitenmodulation angesteuerten Leistungsschalter.
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Heizungssteuerungen bzw. -regelungen nach dem Stand der Technik steuern bzw. regeln zeit- oder temperaturabhängig den Strom. Die Aufheizung gliedert sich grundsätzlich in eine Aufheizphase und eine Regelphase. In der Aufheizphase stellt der Regler eine maximale Leistung zur Verfügung und in der Regelphase reduziert er die zur Verfügung gestellte Leistung. Im eingeschwungenen Zustand ergibt sich ein stationärer Betrieb mit einer konstant zugeführten Leistung.
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Aus der
US 2014/0180493 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verbessern der Ansprechzeit einer Temperaturkontrollvorrichtung bekannt. Bei der Vorrichtung handelt es sich um eine Heiz- oder Klimavorrichtung in einem Fahrzeug, die mit einer primären Energiequelle und einer sekundären Energiequelle betrieben wird. Es ist ein Umschalter vorhanden, der, wenn er sich in einer ersten Grund-Position befindet, die primäre Energiequelle mit der Vorrichtung verbindet. Wenn sich der Umschalter in einer zweiten Position befindet, verbindet er die primäre Energiequelle über die in Reihe damit verbundene sekundäre Energiequelle, die als Booster bezeichnet wird, mit der Vorrichtung. Weiterhin ist entweder ein Zeit-Relais oder ein Temperatur-Relais vorhanden, die nach einer vorgegebenen Zeitdauer oder bei Erreichen einer vorgegebenen Temperatur den Umschalter, ausgehend von der zweiten Position, so umschalten, dass die Vorrichtung wieder direkt mit der primären Energiequelle verbunden ist. Folglich sind zwei Zustände vorgesehen, in denen die Vorrichtung mit Energie versorgt wird. Die sekundäre Energiequelle ist einstellbar.
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Die
DE 10 2008 056 757 A1 beschreibt ein elektrisches Zusatzheizsystem für ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektrischen Zusatzheizsystems. Nach dem Verfahren wird ein Spannungswert einer Batteriespannung mit einer Bezugsspannung nach Empfang des Spannungswerts der Batteriespannung verglichen. Es folgt das Einstellen einer Sollleistung auf einer Heizleistung, die proportional zu der Batteriespannung ist, die kleiner als die Bezugsspannung ist, falls der Spannungswert kleiner als die Bezugsspannung ist, und andererseits auf eine vorbestimmte maximale Heizleistung, falls der Spannungswert größer als die Bezugsspannung ist. Es wird dann ein PWM-Signal an eine Schalteinheit nach dem Erzeugen des PWM-Signals mit einem der Sollleistung entsprechenden PWM-Tastverhältnis übertragen und das PWM-Tastverhältnis des PWM-Signals wird in Abhängigkeit von der Sollleistung und einer Istleistung, die erhalten wird, angepasst, um eine tatsächlich verbrauchte Leistung zu berechnen.
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Die
DE 103 52 853 A1 beschreibt ein Verfahren zur Regelung einer Endstufe einer Last, zum Beispiel einer Armatur oder eines Magnetventils, bei dem der Strom-Arbeitsbereich in mehrere Arbeitsbereiche unterteilt wird, wobei die Endstufe in einem ersten Arbeitsbereich mittels eines anhand einer Stromregelung vorgegebenen Tastverhältnisses und in einem zweiten Arbeitsbereich anhand eines in Abhängigkeit von einer Temperatur eingestellten Tastverhältnisses geregelt wird.
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Die
DE 27 34 549 A1 beschreibt eine Anordnung zum zeitlichen Steuern des Aufheizstroms bei Heizleiterwiderständen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln einer Heizung für Flächen im Innenraum eines Fahrzeugs anzugeben, mit dem statt zweier Zustände über das PWM-Signal nahezu unendlich viele Zustände zur Verfügung stehen und insofern feingranular geregelt bzw. gesteuert werden kann und dafür nur eine Energiequelle notwendig ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, das zum Beheizen von Flächen im Innenraum eines Fahrzeugs eine Heizung, die ein Heizelement mit mindestens einem Heizleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten (PTC) aufweist, einsetzt, wird das Heizelement durch Pulsweitenmodulation angesteuert. Die Heizung ist so ausgelegt und wird so betrieben, dass bei 100% Tastgrad während einer Aufheizphase ein mittlerer Strom dadurch erreicht wird, dass während der anfänglichen Aufheizphase der Tastgrad unterhalb des 100% Tastgrads entsprechend einer dem eingesetzten Heizleiter zugeordneten Kennlinie eingestellt wird und mit steigender Temperatur stetig bis zu dem maximalen Tastgrad von 100% während der Aufheizphase nachgeführt wird, so dass der mittlere Strom nicht überschritten wird. Als Regelgröße für den Tastgrad wird die über einen Temperaturfühler erfasste Temperatur des Heizleiters herangezogen, und es wird auf die dem eingesetzten Heizleiter zugeordnete Kennlinie zugegriffen, welche den Tastgrad als Stellgröße in Abhängigkeit der Temperatur des Heizleiters vorgibt. Die Regelgröße ist eine durch Regelung konstant oder gezielt veränderlich zu haltende Größe. Unter Regelbetrieb ist der Betrieb der Heizung bzw. des Heizelements zu verstehen, bei dem die Heizung eine im Wesentliche und im Mittel konstante Strombelastung erfährt und somit eine im Wesentlichen konstante Temperatur behält.
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In der Aufheizphase wird ein Strom durch die Betriebsspannung des Bordnetzes und den Widerstand eines Heizleiters definiert. Mit steigender Temperatur des Heizleiters nimmt der Strom ab und erreicht folglich sein Maximum lediglich direkt nach dem Wechsel aus der strombegrenzten Aufheizphase in die Aufheizphase mit 100% Tastgrad.
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Der Tastgrad gibt das Verhältnis der Impulsdauer zur Periodendauer für eine periodische Folge von Impulsen an. Entsprechend wird der Tastgrad als eine Zahl angegeben, die für ein Verhältnis steht und einen Wertebereich von 0 bis 100% annehmen kann.
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Ein mittlerer Strom entspricht dem Gleichwert des Stroms oder dem Effektivwert des Stroms während einer Periodendauer eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal). Gemäß einer Vorgabe kann entweder auf den Gleichwert oder den Effektivwert geregelt werden. Hierbei steht der Begriff des Gleichwerts für einen arithmetischen Mittelwert einer zeitlich veränderlichen physikalischen Größe während einer Periodendauer eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal). Unter Effektivwert ist der quadratische Mittelwert einer zeitlich veränderlichen physikalischen Größe während einer Periodendauer eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM-Signal) zu verstehen.
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Bei tieferen Temperaturen der Heizung wird der Tastgrad in Abhängigkeit einer Regelgröße so reduziert, dass stets dieser mittlere Strom aufgenommen wird. Tiefe Temperaturen bedeutet Temperaturen, die unterhalb der maximal zulässigen Temperatur für die Heizung liegen. Das Verfahren kommt mit einer Energiequelle aus, da die Heizung so niederohmig ausgelegt ist, dass sie höchstens bei der maximal zulässigen Temperatur den verfügbaren Strom aufnimmt.
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Mit der Erfindung wird das schnellstmögliche Erreichen der erforderlichen Temperatur unter Vermeidung lokaler Überhitzung erzielt, ohne das es zu einer Überschreitung des zur Verfügung stehenden maximalen Stroms kommt. Die Erfindung bringt weiterhin die nachfolgenden, weiteren Vorteile mit sich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf Drähte mit kleinem Temperaturkoeffizienten, wie beispielsweise solche aus Edelstahl oder Messing, die wegen ihrer höheren mechanischen Haltbarkeit in einigen Anwendungen alternativlos sind angewendet werden. Auch kann das Verfahren auf Heizleiter mit größeren Temperaturkoeffizienten mit dann in der Regel geringerer mechanischer Haltbarkeit, wie beispielsweise Kupfer, ohne den bisher limitierenden Faktor der langsamen Aufheizung, angewendet werden. Hierbei ermöglicht dieses Verfahren das PTC-Verhalten dieser Drähte zu verstärken, um lokale Überhitzung zu vermeiden.
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Eine Steuerung bzw. Regelung einer Heizung bereits während der Aufheizung verbessert den Komfort der Heizung dadurch, dass in idealer Weise ein schnelles Wärmeempfinden aufgrund der Heizung ohne lokale Überhitzung in der Aufheizphase erzielt wird.
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Der Umfang der vorzuhaltenden Heizleiter kann verringert werden, da auch ein Heizleiter mit einem für die Anwendung und die Vorgaben zu kleinen Widerstand ausgewählt werden kann.
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Für den Bau von Sitz- und Lenkradheizmatten werden Heizdrähte eingesetzt, die mehr oder weniger stark mit einem Temperaturkoeffizienten (TK) belastet sind. Gleichzeitig wird durch den Einsatzbereich und die Rahmenbedingungen ein maximal verfügbarer Strom vorgegeben.
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Um diese Vorgaben einzuhalten, wurde bisher eine Heizmatte so ausgelegt, dass der maximale Strom auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen (z. B. niedrige Temperatur) nicht überschritten wurde. Das führt gerade bei solchen Heizdrähten, die einen hohen TK aufweisen, dazu, dass die Heizmatte im vorgesehenen Arbeitsbereich viel weniger leistungsfähig ist als dies bei einem ideal TK-freien Heizleiter der Fall wäre.
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Das erfindungsgemäße Verfahren stellt durch Steuer- oder Regelmechanismen sicher, dass die thermische Maximalbelastung, verursacht durch den Laststrom, auch bei ungünstigen Umgebungstemperaturen nicht überschritten wird. Dieser Mechanismus wird angewendet, bis der Heizleiter den gewünschten Arbeitstemperaturbereich erreicht.
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Ein wesentlicher Aspekt ist die elektronische Vorgabe des Stroms bereits in der Aufheizphase. Diese Vorgabe kann sowohl durch eine Zeitsteuerung als auch durch eine Temperaturregelung erfolgen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Regelgröße die über einen Temperaturfühler erfasste Temperatur herangezogen. Weiterhin wird auf eine dem eingesetzten Heizleiter zugeordnete Kennlinie zugegriffen, die den Tastgrad als Stellgröße in Abhängigkeit der Temperatur des Heizleiters vorgibt.
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Mit den vorstehenden Maßnahmen wird erreicht, dass auch bei veränderlicher Betriebsspannung der Heizung und einem in Abhängigkeit der Temperatur des Heizleiters steigenden Heizleiterwiderstand stets der gesamte zur Verfügung stehende Strom im Mittel über eine Periode genutzt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in einer Zeitsteuerung zu sehen. Um die mittlere Stromaufnahme, die aufgrund der Erwärmung des Heizleiters sinkt, konstant zu halten, wird der Tastgrad als Stellgröße nach einer der Starttemperatur des Heizleiters zugeordneten zeitabhängigen Kennlinie gesteuert bzw. geregelt.
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Wird ein eingestellter Sollwert, der beispielsweise durch einen Insassen eines Fahrzeugs vorgegeben ist, erreicht, wird gemäß einem Merkmal der Erfindung der Tastgrad auf einen konstanten Wert zum Aufrechterhalten des Sollwerts geändert.
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Um ein stärkeres PTC-Verhalten (positiver Temperaturkoeffizient) des Heizleiters, das bedeutet, dass sich der Widerstand des Heizleiters mit steigender Temperatur stärker erhöht als dies durch die Materialeigenschaft des Heizleiters der Fall wäre, elektronisch nachzubilden, ist vorgesehen, dass der Strom, der dem Heizleiter zugeführt wird, mit zunehmender Erwärmung des Heizleiters reduziert wird.
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Unter PTC (Positive Temperature Coefficient bzw. Positiver Temperatur Koeffizient) ist zu verstehen, dass mit steigender Temperatur der Widerstand des Heizleiters steigt. Das ist eine Materialeigenschaft. Dieses Verhalten ist bei der Regeltemperatur bzw. knapp darunter erwünscht und kann durch die Erfindung durch die Elektronik noch verstärkt werden, nämlich durch Reduzierung des PWM-Verhältnisses.
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Die erfindungsgemäße Umsetzung ist eine Stromregelung unabhängig vom Lastwiderstand, die mittels Pulsweitenmodulation (PWM) einen mittleren Strom einstellt, der in den Versorgungsleitungen gleiche Leistung einprägt, wie der durch Sicherung und Stromzuleitungen maximal spezifizierte Dauerlaststrom.
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Das erfindungsgemäß Verfahren gibt folglich eine strombegrenzte Aufheizung an, wobei die strombegrenzte Aufheizung die Phase der Aufheizung des Heizleiters ist, während der der mittlere Strom durch den Tastgrad eines Puls–Pausen-Verhältnisses begrenzt wird.
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Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wie es in den Ansprüchen angegeben ist.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
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1 ein Flussdiagramm, das den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens einer ersten Ausführungsform angibt,
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2 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens,
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3 eine schematische Darstellung eines Blockdiagramms mit den wesentlichen Komponenten der Heizung, und
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4 eine Grafik, die verschiedene Kurven der Temperatur in Abhängigkeit der Zeit für das Aufheizverhalten eines Heizelements nach dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung erläuternd darstellt.
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Wie die 3 zeigt, umfasst die Heizung gemäß der Erfindung ein Heizelement 1 mit einem Heizleiter mit positivem Temperaturkoeffizienten, das über ein Steuergerät 2 mit einer Spannungsquelle 3 verbunden ist. Das Steuergerät 2 wird über eine Steuer- oder Regeleinrichtung 4 angesteuert. Weiterhin ist dem Heizelement 1 optional ein Temperaturfühler, der nicht näher dargestellt ist, zugeordnet. Über diesen Temperaturfühler erhält die Steuer- oder Regeleinrichtung 4 optional über eine Leitung 5 eine Rückmeldung über die aktuelle Temperatur im Heizelement 1. Weiterhin können in dem Steuergerät Kennlinien gespeichert sein, die den Heizleiterwiderstand in Abhängigkeit der Temperatur angeben. Als Temperatur wird diejenige Temperatur herangezogen, die am Heizelement vorherrscht, die zu Beginn der Aufheizung in der Regel der Temperatur im Fahrzeuginnenraum entspricht.
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Das Diagramm der 4 zeigt verschiedene Kurven für das Aufheizverhalten eines Heizelements 1, wobei die Temperatur an dem Heizelement 1 in Abhängigkeit der Zeit angegeben ist.
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Die maximal zulässige Temperatur ist durch die horizontale Linie 10 begrenzt. Ein Überschreiten dieser Temperatur-Obergrenze könnte im Betrieb der Heizung zu Verbrennungen oder anderen Schäden von umgebenden Materialien führen. Dagegen repräsentiert die Kurve 20 eine Temperatur-Untergrenze. In einem Temperaturbereich unterhalb dieser Temperatur-Untergrenze 20 wäre die Heizung in dem Fahrzeug, beispielsweise die Sitzheizung für den Benutzer, zu kalt. In jedem Fall ist erwünscht, dass der mit dem Bezugszeichen 21 angegebene Knickpunkt in der Kurve 20 für die Temperatur-Untergrenze möglichst weit links liegt, d. h. dieser Knickpunkt sollte innerhalb einer möglichst kurzen Zeitdauer nach Einschalten der Heizung erreicht werden, damit ein Benutzer schnell die Wärme der Heizung wahrnimmt. Ebenso sollte die waagrechte Linie der Kurve 20 möglichst hoch liegen, damit die Heizung im Dauerbetrieb, nach Abschluss der Aufheizphase, als möglichst warm empfunden wird.
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Hiervon ausgehend werden mit herkömmlichen Heizungen und deren Betriebsweisen Aufheizverhalten der Heizung erreicht, die durch die durchgezogene Linie 30 und die gepunktete Linie 40 dargestellt sind.
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Die durchgezogene Linie 30 repräsentiert ein Heizelement mit einem Heizleiter, der einen niedrigen Temperaturkoeffizienten und hohen elektrischen Widerstand bei niedrigen Temperaturen aufweist. Der hohe elektrische Widerstand muss so gewählt werden, dass die maximal zulässige Temperatur, in Form der dargestellten Linie 10, dauerhaft unterschritten wird. Im Gegenzug dazu heizt das Element zu langsam auf und die Aufheizkurve, in Form der durchgezogenen Linie 30, bleibt unter dem beschriebenen Knickpunkt 21 der Kurve 20.
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Dagegen repräsentiert die gepunktete Linie 40 einen Heizleiter eines Heizelements mit einem großen Temperaturkoeffizienten, wodurch diese Kurve 40 für höhere Temperaturen des Heizelements stärker abknickt. Je nach Temperatur des Knickpunkts, der durch die Materialeigenschaften des Heizleiters vorgegeben ist, kann auch diese Kurve unterhalb des Knickpunkts der Kurve 20 verlaufen. Verläuft er darüber, wie in 4, dann ist mit diesem Heizleiter eine technische Lösung für die Anforderung, einen „Knick” zu erreichen, gefunden worden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt diese Erkenntnis, indem bei niedrigeren Temperaturen der mittlere Strom möglichst nah am maximal zulässigen Wert liegt, um dadurch schneller zu der geforderten Solltemperatur zu gelangen. Allerdings kann diese Erkenntnis nicht unmittelbar und uneingeschränkt umgesetzt werden. Zum einen ist es in vielen Anwendungen nicht möglich, einen Heizleiter mit einem hohen Temperaturkoeffizienten einzusetzen, da hierdurch andere wesentliche Eigenschaften des Heizleiters, wie beispielsweise sein elektrischer Widerstand, ebenfalls modifiziert werden. Auch kann der anfänglich applizierte Heizstrom nicht beliebig hoch eingestellt werden, da ansonsten eine lokale Überhitzung bereits nach wenigen Minuten auftreten kann. Das ist oft der Fall bei Verwendung von Heizleitern mit hohem Temperaturkoeffizienten gemäß Kurve 40. Der mittlere Strom müsste am Anfang so hoch gewählt werden, dass dieser Strom über dem vorgegebenen und begrenzten mittleren Strom liegen würde. Dies würde zwar in einen noch schnelleren Anstieg der Temperatur zu Beginn der Aufheizung resultieren, wie anhand der Kurve 40 ersichtlich ist, würde jedoch nicht mehr konform zu den Vorgaben sein.
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Daher wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Aufheizung entsprechend der gestrichelten Kurve 50 vorgenommen.
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Entsprechend der gestrichelten Kurve 50 ist die anfängliche Aufheizgeschwindigkeit nur so groß wie dies der Kurve 30 entspricht, die so ausgelegt ist, dass zu Beginn der Aufheizung der begrenzte Strom voll ausgenutzt wird. Im weiteren Verlauf steigt die Kurve 30 jedoch nur noch degressiv an. Das bedeutet, dass der begrenzte Strom nicht mehr voll genutzt wird und somit die Aufheizung langsamer erfolgt als es wünschenswert wäre. Entsprechend erreicht die Heizung gemäß Kurve 30 die Zieltemperatur gemäß Kurve 20 erst nach dem Knick 21, also zu spät. Sie bleibt über eine entsprechende Zeit zu kalt. Dadurch wird in diesem Bereich eine lokale Überhitzung vermieden. Allerdings wird der anfängliche Anstieg der Kurve 50 beibehalten, bis ein Temperaturwert erreicht wird, der durch die Kurve 20 angegeben ist, die die Temperatur-Untergrenze darstellt. Dementsprechend wird der erwünschte Knickpunkt 21 nach einer kurzen Zeitspanne unter Berücksichtigung der Vorgaben erreicht. Allerdings ist es nicht immer möglich oder es ist unwirtschaftlich, einen Heizleiter einzusetzen, der die Forderungen über das Aufheizverhalten erfüllt, wie dies durch die Kurve 50 in dem Diagramm der 4 wiedergegeben wird. Dies würde bedeuten, dass für verschiedene Heizelemente, die sich durch unterschiedlich große Heizfelder auszeichnen, stets Heizmaterialien mit exakt passenden Widerstandswerten zu wählen wären, was aber dazu führt, dass ein sehr differenziertes Materialportfolio vorgehalten werden muss, um die Vorgaben der verschiedenen Heizelemente-Projekte realisieren zu können. Dies wäre unwirtschaftlich.
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Um eine solche Aufheizkurve zu erreichen, wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren während der Aufheizung der verfügbare Strom durch Pulsweitenmodulation geändert, so dass die Heizung zeitabhängig so angepasst wird, dass sie mit steigender Temperatur in dem ersten Zeitabschnitt nur durch den begrenzten mittleren Strom in ihrer Aufheizgeschwindigkeit begrenzt ist (stark ansteigender Teil der Kurve 50), aber bei Erreichen der gewünschten Temperatur (Knickpunkt 21) der zur Verfügung gestellte mittlere Strom schlagartig abnimmt, so dass dadurch die Temperatur des Heizleiters bzw. des Heizelements begrenzt wird (die unterbrochene Linie 50 in dem zweiten Abschnitt nach dem Knickpunkt 21).
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Ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Signal) wird durch zwei periodisch aufeinanderfolgende Spannungspotentiale oder zwei Impulsebenen (Low- und High-Pegel) gebildet. Hierbei wird unter einem Tastgrad die Dauer der jeweiligen Spannungspotentiale bzw. der Impulsebenen verstanden.
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Entsprechend stellt, wiederum unter Bezugnahme auf die 3, das Steuergerät 2 den Strom für das Heizelement 1 ein, der durch die Steuer- oder Regeleinrichtung 4 vorgegeben wird. Dies kann beispielsweise über ein pulsweitenmoduliertes Signal erfolgen. Das Steuergerät 2 kann jedoch den verfügbaren Strom nur ausgehend von einem Wert von 100% reduzieren. Mit steigender Temperatur in der Heizmatte könnte jedoch auch ein Strom größer 100% appliziert werden, der verständlicherweise nicht zur Verfügung steht. Um dies zu erreichen, wird das Heizelement 1 mit einem geringeren Widerstand ausgelegt als dies nominal möglich wäre. Maximal bei der höchsten auftretenden Temperatur, bei der mit dem vollen begrenzten Strom angesteuert wird, darf das Heizelement den Nominalwiderstand aufweisen. Folglich muss bei allen tieferen Temperaturen der mittlere Strom mittels Pulsweitenmodulation entsprechend begrenzt werden. Mit steigenden Temperaturen am Heizelement 1 und daher steigendem Widerstand des Heizelements 1 wird der Wert für die Begrenzung des Stroms reduziert, indem der Tastgrad, mit dem Steuergerät 2, vergrößert wird.
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Wesentlich ist, dass eine Heizung mit mindestens einem Heizleiter eingesetzt wird, die bei der maximal zulässigen Regeltemperatur und 100% Tastgrad mindestens einen mittleren Strom aufnehmen kann. Sie kann auch mehr aufnehmen, wird aber durch geringere Modulationsrate als 100% begrenzt. Der Tastgrad dieses Stroms in der Heizung wird darüber hinaus so eingestellt, dass er nicht überschritten wird. Bei tieferen Temperaturen der Heizung, das bedeutet bei Temperaturen, die unterhalb der maximal erreichbaren Temperatur des Heizleiters liegen, wird der Tastgrad in Abhängigkeit einer Regelgröße so reduziert, dass stets dieser mittlere Strom aufgenommen wird. Unter einem 100% Tastgrad ist zu verstehen, dass der zur Verfügung gestellte Strom innerhalb eines Pulses immer anliegt, d. h. keine Zeitdauer innerhalb des Pulses existiert, in der dieser Wert Null ist.
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Die 1 nun zeigt ein Flussdiagramm, das den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens einer ersten Ausführungsform angibt.
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Im Schritt 100 wird die Heizung beispielsweise durch eine Person in einem Fahrzeug eingeschaltet, mit der Folge, dass das Heizelement 1 über das Steuergerät 2 mit der Spannungsquelle 3 verbunden wird (siehe auch 3).
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Im Schritt 101 wird das Heizelement 1 über die Spannungsquelle 3 für eine festgelegte Zeitdauer aufgeheizt. Die Zeit ist in der Regel konstant für den gesamten Regelalgorithmus, wird also nicht bei jedem Durchlaufen des Algorithmus neu berechnet. Typischerweise liegt sie im Bereich von einigen zehntel Sekunden bis einigen Sekunden. Prinzipiell kann sie jedoch auch für jedes Durchlaufen des Algorithmus neu festgelegt werden. Im Schritt 102 wird geprüft, ob eine Solltemperatur erreicht ist, die mit Einschalten der Heizung im Schritt 100 festgelegt wurde. Ergibt die Prüfung im Schritt 102, dass die Solltemperatur erreicht ist, geht der Verfahrensablauf zu Schritt 103 über, in dem die Temperatur der Heizung über die Leitung 5, wie 3 zu entnehmen ist, der aktuellen Temperatur rückgeführt und dem Steuergerät 2 in 3 auf einen dieser Solltemperatur entsprechenden stationären Zustand geregelt wird. Folglich endet der Ablauf mit dem Schritt 104.
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Falls die Prüfung im Schritt 102 ergibt, dass die eingestellte Solltemperatur noch nicht erreicht ist, geht der Ablauf zu dem Schritt 105 über, in dem der aktuelle Heizstrom ermittelt wird. Aufgrund der gemessenen Temperatur und der durch Spezifikationsvorgaben eines Fahrzeugherstellers maximal zur Verfügung gestellten Stroms wird im Schritt 106 berechnet, welche PWM-Rate erforderlich ist, um weiterhin mit dem verfügbaren Strom zu heizen. Mit dieser PWM-Rate wird nun für eine festgelegte Zeit gemäß Schritt 101 geheizt. Die Schleife der Verfahrensschritte 101, 102, 105 und 106 wird so lange wiederholt, bis die Überprüfung im Schritt 102 ergibt, dass die Solltemperatur erreicht ist, um zu der Regelung des stationären Zustands im Schritt 103 überzugehen.
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Während die 1 einen Verfahrensablauf für eine Regelung zeigt, ist in 2 ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens dargestellt, das den Ablauf einer Steuerung zeigt.
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Entsprechend dem Verfahrensablauf, wie er in 1 dargestellt ist, wird in einem Schritt 200 die Heizung eingeschaltet. In einem Schritt 201 wird die Temperatur der Heizung ermittelt, das bedeutet in der Regel diejenige Temperatur, die in der Umgebung der Heizung herrscht. Aus der ermittelten Temperatur wird im Schritt 202 eine Pulsweiten-Modulationsrate für den anzulegenden mittleren Strom und eine erforderliche Aufheizzeit ermittelt, wozu auf Kennlinien in einem Speicher 6 zurückgegriffen wird, die den Heizleiterwiderstand in Abhängigkeit von der Starttemperatur und der Aufheizzeit angeben und zuvor heizungsspezifisch ermittelt wurden. Nachdem im Schritt 201 die Temperatur ermittelt wurde und im Schritt 202 anhand der Kennlinie ein Heizverlauf festgelegt wurde, wird im Schritt 203 für die ermittelte und festgelegte Zeit aufgeheizt. Während der Aufheizzeit wird die PWM-Rate typischerweise kontinuierlich erhöht, um der degressiven Stromaufnahme des Heizelements aufgrund seines positiven Temperaturkoeffizienten entgegenzuwirken. Die kontinuierliche Erhöhung der PWM-Rate wird bereits im Schritt 202 aufgrund der Kennlinien im Speicher 6 vorgegeben. Nach Ablauf dieser festgelegten Zeit wird im Schritt 204 die Heizung im stationären Zustand gesteuert und das Verfahren endet damit im Schritt 205.
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Während das Flussdiagramm der 1 eine Regelung der Heizung verdeutlicht, wird nach dem Flussdiagramm der 2 die Heizung gesteuert. Das Verfahren nach 1 ist insbesondere dann bevorzugt einzusetzen, wenn ein Temperaturfühler verfügbar ist, der elektrisch ausgelesen werden kann, während das Verfahren nach 2 dann von besonderem Vorteil ist, wenn dieser nicht vorhanden ist
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0180493 A1 [0004]
- DE 102008056757 A1 [0005]
- DE 10352853 A1 [0006]
- DE 2734549 A1 [0007]
