DE102019213466A1

DE102019213466A1 - Heizeinrichtung für eine Komponente eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019213466A1
Application number: DE102019213466.1A
Authority: DE
Inventors: Diego Cuartielles; Andreas Bergermeier; Bernhard Brosi; Tobias Dengler; Stefan Beck
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Heizeinrichtung (3, 3a, 3b) für eine insbesondere gepolsterte, zu heizende Komponente eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend wenigstens einen flächigen Heizbereich (11), durch den ein Heizleiter (15) geführt ist, und einen Anschlussbereich (12), wobei den Anschlussbereich (12) und den Heizbereich (11) verbindende, in unterschiedlichen Richtungen stromdurchflossene Hin- und Rückleiter des Heizleiters (15) paarweise parallel verlaufend geführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für eine insbesondere gepolsterte, zu heizende Komponente eines Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens einen flächigen Heizbereich, durch den ein Heizleiter geführt ist, und einen Anschlussbereich. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Heizeinrichtung.
In Kraftfahrzeugen besteht häufig der Wunsch nach Komfort, der sich auch auf die Temperaturverhältnisse bezieht. Daher wurde vorgeschlagen, nicht nur, beispielsweise über eine Klimatisierungseinrichtung, die Luft in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs zu erwärmen und/oder abzukühlen, sondern auch Komponenten innerhalb des Kraftfahrzeugs beheizbar zu gestalten, insbesondere gepolsterte Komponenten wie Fahrzeugsitze und/oder Armlehnen. Hierzu wird der zu beheizenden Oberfläche der Komponente eine Heizeinrichtung zugeordnet, die üblicherweise einen Heizleiter aufweist, der einen Widerstandsheizer bildet und möglichst nahe an der zu beheizenden Oberfläche geführt ist, beispielsweise unmittelbar unter einem Bezug und/oder sonstigen Oberflächenmaterial. Der Heizleiter wird in einem im Wesentlichen flächigen Heizbereich verlegt, insbesondere innerhalb eines Trägers wie einer Heizmatte, die beispielsweise auf einer Grundstruktur der Komponente, beispielsweise einem Hartschalenteil, positioniert werden kann. Bei einem Fahrzeugsitz als Komponente spricht man auch von einer Sitzheizung.
DE 37 25 814 A1 offenbart eine Sitzheizung zum integrierten Einbau in Fahrzeugsitze, die aus mehreren Segmenten bzw. Flächen beliebiger Formgebung besteht. Sie weist flächige, elektrisch miteinander verbundene, schmiegsame Heizkörper auf. Ein die Heizkörper verbindender Heizleiter in ebenfalls weich umhüllt.
DE 10 2009 059 996 A1 und DE 20 2009 017 352 U1 betreffen eine elektrische Heizeinrichtung mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand und mindestens einem flächigen Heizwiderstandsträger. Dieser ist aus wenigstens zwei Trägerabschnitten zusammengesetzt.
DE 10 2015 008 523 A1 betrifft ein elektrisches Flächenheizelement zum Beheizen von Kraftfahrzeugsitzen oder anderen gepolsterten Teilen in Fahrzeugen, welches mindestens ein erstes und mindestens ein zweites, jeweils durch mindestens ein elektrisches Heizelement gebildetes, Heizfeld und ein Temperaturerfassungselement aufweist. Das mindestens eine Heizelement des ersten Heizfelds weist Heizleiter aus Kohlenstofffasern auf und zumindest das mindestens eine Heizelement des zweiten Heizfelds weist metallische Heizleiter auf. Das erste Heizfeld ist grösser als das zweite Heizfeld. Im Bereich des zweiten Heizfelds ist das Temperaturerfassungselement angeordnet. Das Heizelement des ersten Heizfelds ist in Reihe mit dem Heizelement des zweiten Heizfelds verschaltet.
US 2012/0292301 A1 betrifft eine Sitzheizung. Die Rückenlehne des Sitzes umfasst zwei Heizelemente, von denen das obere Heizelement eine geringere Wärmeerzeugungsdichte als das untere Heizelement aufweist.
Insbesondere beim An- und Ausschalten des Stromes durch den Heizleiter, der in einem Anschlussbereich mit einer elektrischen Stromquelle verbunden sein kann und insbesondere mit einer Pulsweitenmodulation betrieben wird, kommt es aufgrund der Tatsache, dass der Heizleiter eine Fläche umschließt, zur Erzeugung diverser elektromagnetischer Felder, insbesondere eines Magnetfelds. Diesbezüglich ist es erwünscht, solche Magnetfelder gering zu halten.
Nachdem aus Komfort- und /oder Sicherheitsgründen eine Abschirmung zum Innenraum hin nur schwer zu realisieren ist und eine Absenkung der Leistung, hier konkret Stromstärke, zu einer unerwünschten Funktionseinschränkung führen würde, wurde in einer Veröffentlichung in „Ideen der Zukunft“, Nr. 22 (April 2015), Seiten 12 und 13, vorgeschlagen, eine magnetfeldoptimierte Heizdrahtverlegung in Sitzheizungsmatten vorzunehmen. Dabei sollen immer ein Hin- und ein Rückleiter möglichst nahe beieinander verlegt werden, so dass sich die Magnetfelder von Hin- und Rückleiter gegenseitig auslöschen, was in Summe zu einem deutlich reduzierten Gesamtmagnetfeld führt. Die von dem Heizleiter aufgespannte, also durch diesen eingeschlossene Fläche ist verkleinert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine weitere Optimierung der Magnetfeldemission bei Heizeinrichtungen für Komponenten von Kraftfahrzeugen, insbesondere Sitzheizungen, anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer Heizeinrichtung der eingangs genannten Art ist gemäß der vorliegenden Erfindung mithin vorgesehen, dass den Anschlussbereich und den Heizbereich verbindende, in unterschiedlichen Richtungen stromdurchflossene Hin- und Rückleiter des Heizleiters paarweise parallel verlaufend geführt sind.
Durch die in vielen Fällen, worauf noch genauer eingegangen werden wird, vorhandene räumliche Trennung zwischen dem Anschlussbereich, in dem sich auch entsprechende elektrische Anschlüsse befinden, und dem Heizbereich entsteht bei herkömmlichen Sitzheizungen durch die langen Hin- und Rückleiter, die räumlich zudem beabstandet sind, eine große eingeschlossene Fläche, die zu Magnetfeldemissionen führt. Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass eine Optimierung einer Heizeinrichtung im Hinblick auf Magnetfeldemissionen auch die Stromzuführung zu den Heizbereichen berücksichtigen muss, so dass vorgeschlagen wird, die Hin- und Rückleiter vom Anschlussbereich zu dem Heizbereich nicht mehr räumlich beabstandet zu führen, sondern als benachbartes, parallel geführtes Paar gegenläufig stromdurchflossener Leiterabschnitte. Dies minimiert nicht nur die eingeschlossene Fläche, sondern sorgt zudem dafür, dass sich die von Hin- und Rückleiter erzeugten magnetischen Felder teilweise kompensieren. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass parallel geführte Hin- und Rückleiter eines Paars maximal 30 mm, insbesondere bei Grabenübergängen, voneinander beabstandet sind, außerhalb eines Grabenübergangs auch maximal 25 mm.
Die Ausgestaltung von Heizeinrichtungen ist häufig aufgrund der tatsächlichen Gegebenheiten in der Komponente, insbesondere einem Fahrzeugsitz, so, dass zumindest zwischen dem Anschlussbereich und dem wenigstens einen Heizbereich ein durch den Heizleiter zu überquerender Graben existiert, der einen Grabenbereich definiert. Zusätzlich und/oder alternativ kann es auch vorkommen, dass bei mehreren Heizbereichen zwei der Heizbereiche und/oder bei einem des wenigstens einen Heizbereichs zwei Teilbereiche dieses Heizbereichs voneinander durch einen einen Grabenbereich definierenden Graben räumlich getrennt sind. Beispielsweise bei einem Fahrzeugsitz kann die Grundstruktur mehrere Strukturelemente umfassen, bei denen eine zumindest geringe Beweglichkeit gegeneinander vorhanden sein soll. Bei einem Fahrzeugsitz ist es beispielsweise denkbar, Anschlussbereiche, insbesondere sowohl für eine Sitzheizung der Lehne als auch für eine Sitzheizung der Sitzfläche als jeweilige Heizeinrichtungen, auf einem unterhalb der Lehne und hinter den die eigentliche Sitzfläche bildenden Strukturelementen angeordneten Strukturelement vorzusehen, wobei beispielsweise von einem derartigen Anschlussbereich aus über einen Graben, der beispielsweise eine Breite von 2 bis 6 cm aufweisen kann, wenigstens ein Heizbereich einer zentralen Sitzfläche und/oder wenigstens ein Heizbereich einer Seitenschale der Sitzfläche verbunden werden sollen.
In dieser Hinsicht sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass der Anschlussbereich und der wenigstens eine Heizbereich und/oder bei mehreren Heizbereichen und/oder mehreren Teilbereichen wenigstens eines des wenigstens einen Heizbereichs der oder ein Heizbereich oder ein Teilbereich und ein weiterer Heizbereich oder ein anderer Teilbereich durch einen einen Grabenbereich definierenden Graben räumlich getrennt sind, wobei innerhalb des Grabenbereichs parallele, in gegenläufiger Richtung stromdurchflossene Grabenleiterabschnitte maximal 30 mm voneinander entfernt sind. Bei dem Graben zwischen Anschlussbereich und Heizbereich bedeutet dies, dass der Grabenleiterabschnitte wenigstens einen Anteil des Hin- und Rückleiters bilden. Bei Experimenten und Untersuchungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass bei einem Grabenübergang eine gewisse Nähe von Hin- und Rückleiter zweckmäßig ist, wobei der Abstand hier allerdings etwas größer sein darf als außerhalb des Grabenbereichs, konkret maximal 30 mm im Gegensatz zu 25 mm beispielsweise im Heizbereich. Dieser etwas vergrößerte maximale Abstand ergibt sich beispielsweise in Bezug auf die Ausgestaltung des Grabenübergangs selbst und diesem benachbarter Elemente, beispielsweise durch Anforderungen aus Sitzbezug- und/oder Schaumentwicklung bei einem Fahrzeugsitz als Komponente.
In diesem Zusammenhang sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass bei einem mittleren, größeren mechanischen Belastungen ausgesetzten Belastungsbereich des Grabenbereichs zwischen dem Anschlussbereich und dem wenigstens einen Heizbereich das wenigstens eine Paar von gegenläufig stromdurchflossenen Grabenleiterabschnitten unmittelbar benachbart an dem Belastungsbereich vorbeigeführt wird, wobei insbesondere bei zwei Paaren von Grabenleiterabschnitten diese symmetrisch an unterschiedlichen Seiten des Belastungsbereichs angeordnet sind. Insbesondere bei Fahrzeugsitzen als zu beheizende Komponenten wurde festgestellt, dass im zentralen Bereich des Fahrzeugsitzes die höchsten mechanischen Belastungen auftreten, denen dann auch der Heizleiter ausgesetzt ist. Dies gilt auch für den Grabenübergang zwischen Anschlussbereich und Heizbereich, so dass dort zweckmäßigerweise ein mittlerer Belastungsbereich frei von Grabenleiterabschnitten des Heizleiters gehalten wird. Auf der anderen Seite hat sich gezeigt, dass bei einem zu weit außen, also zum seitlichen Rand des Fahrzeugsitzes hin vorgesehenen Paar von Grabenleiterabschnitten Simulationen schlechtere Ergebnisse hinsichtlich der Magnetfeldoptimierung und/oder mechanischer Effekte hervorbringen, so dass auch dies weniger erwünscht ist. Entsprechend schlägt die vorliegende Erfindung einen Kompromiss vor, in dem möglichst nah am Belastungsbereich gearbeitet wird. Dies bringt gute Ergebnisse, insbesondere dann, wenn zwei Paare von Grabenleiterabschnitten existieren, die zu beiden Seiten des Belastungsbereichs vorgesehen werden können.
Der Idee eng beieinander geführter Abschnitte des Heizleiters auch im Grabenübergang als auch der Idee von deren geschickter Anordnung möglichst weit mittig liegt, wie bereits beschrieben, der Gedanke zugrunde, dass, um Magnetfelder gering zu halten, auch die Stromanbindung optimiert werden sollte. Dies basiert wiederum auf der Grundlage, die eingeschlossene Fläche möglichst gering zu halten, da dann die Magnetfeldemission ebenso gering gehalten wird. Mithin werden auch Hin- und Rückleiter, also ein entsprechendes Paar von Grabenleiterabschnitten, möglichst nah beieinander geführt, wobei zusätzlich die Erkenntnis hoher Belastungen im mittleren Belastungsbereich berücksichtigt werden kann, um Paare von Grabenleiterabschnitten zwar möglichst nah an der Mitte zu platzieren, jedoch nicht in dem Belastungsbereich, wo ein zu hohes Zerstörungsrisiko durch die mechanischen Belastungen vorliegt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung kann, wie bereits angedeutet wurde, vorgesehen sein, dass der Heizleiter im Heizbereich zumindest abschnittsweise derart in Schleifen geführt ist, dass in gegenläufiger Richtung stromdurchflossene Heizbereichleiterabschnitte parallel zueinander verlaufen Gemäß solcher Ausgestaltungen wird der Komfort der Heizeinrichtung, insbesondere Sitzheizung, beibehalten und eine homogene und herstellbare Verlegung des Heizleiters bewahrt. Die Oberfläche zwischen Hin- und Rückleiter wird auch im Heizbereich prinzipiell gering gehalten, um das generierte Magnetfeld ebenso möglichst gering zu halten. Beispielsweise kann gegenüber im Stand der Technik bekannten Heizeinrichtungen und konkret Heizleiterverläufen die von dem Heizleiter eingeschlossene Fläche um 35 % oder mehr reduziert werden, so dass auch entsprechende Magnetfeldemissionen verringert werden. Dabei kann mit besonderem Vorteil der Abstand der parallel verlaufenden Heizbereichleiterabschnitte kleiner oder gleich 25 mm sein. Liegen Hin- und Rückleiter, konkret also ein paar von parallel verlaufenden, in unterschiedlichen Richtungen von elektrischem Strom durchflossenen Heizbereichsleiterabschnitten, eng zusammen, wie bei der vorliegenden Erfindung durch die Heizbereichleiterabstände gegeben, kompensieren sich die erzeugten Magnetfelder auch in dem Heizbereich wenigstens teilweise.
Die verwendeten Schleifen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung wenigstens teilweise bevorzugt als ein mäandernder Verlauf des Heizleiters realisiert sein. Eine derartige Ausgestattung hat sich als besonders nützlich erwiesen, um möglichst viele parallel verlaufende Heizbereichleiterabschnitte zu realisieren.
Als wichtige Größe in der Gestaltung hat sich dabei der Abstand zwischen den gegenläufig stromdurchflossenen Heizbereichsleiterabschnitte eines parallel verlaufenden Paars erwiesen, wobei sich erfindungsgemäß gezeigt hat, dass sich bei Abständen kleiner oder gleich 25 mm die besten Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich der Magnetfeldemission ergeben. Beispielsweise kann der Wert von 25 mm als ein Designwert Eingang in ein Optimierungsverfahren finden, in dem ein Verlauf des Heizleiters zumindest innerhalb des wenigstens einen Heizbereichs derart ermittelt wird, dass die Magnetfeldemission optimiert wird und gleichzeitig eine gewünschte Heizleistung bereitgestellt werden kann. In diesem Zusammenhang sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vor, dass der Abstand der parallel verlaufenden Heizbereichsleiterabschnitte eines derartigen Paares größer als 10 mm ist. Damit wird zum einen vermieden, dass die Heizleiterabschnitte zu nahe aneinandergeraten, dass beispielsweise ein Kurzschluss oder dergleichen beziehungsweise ein Kriechstrom entstehen kann, zum anderen wird auch eine zu starke Lokalisierung der Heizleistung vermieden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Verlauf des Heizleiters in dem wenigstens einen Heizbereich so gewählt ist, dass sich in der Ebene des Heizleiterverlaufs in wenigstens einer Richtung innerhalb des Heizbereichs mehrere getrennte, von einem Heizleiteranteil umschlossene Teilflächen in einem Teilbereich des Heizbereichs ergeben. Wird beispielsweise bei einem Fahrzeugsitz als Komponente die zentrale Sitzfläche, gebildet durch ein mittleres Sitzelement, als ein Heizbereich angesehen, war es bislang üblich, den Heizleiter an den dem Anschlussbereich gegenüberliegenden Ende entlangzuführen, so dass gerade in einem mittigen Bereich ein durch den Heizleiter eingeschlossener, gro-ßer Flächenabschnitt entstand, der Magnetfeldemissionen mit sich brachte. Dabei sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass bei Fahrzeugsitzen an dieser Stelle durchaus ein einen Grabenbereich definierender Graben vorgesehen sein kann, der zwangsläufig eine größere, umschlossene Fläche mit sich brachte. Demgegenüber schlägt die vorliegende Erfindung nun vor, letztlich mehrere getrennte, jeweils von einem Heizleiteranteil umschlossene Teilflächen in einer Richtung, bei einem Fahrzeugsitz beispielsweise in Querrichtung, zu realisieren. Dabei erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn die Trennung zwischen den Teilbereichen einem Verlauf eines Grabens entspricht.
Während es grundsätzlich denkbar ist, im genannten Beispiel des zentralen Sitzelements des Fahrzeugsitzes den Grabenübergang am den Anschlussbereich zugewandten Ende des mittleren Sitzelements zu suchen und so den angesprochenen mittleren Bereich von der Umschließung durch den Heizleiter auszunehmen, sieht jedoch eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass der Heizleiteranteil für jeden Teilbereich getrennt mit dem Anschlussbereich verbunden ist. Das bedeutet, der Heizleiter wird aus dem einen Teilbereich zunächst, insbesondere im Übrigen auch benachbart zu einem Hinleiter, wieder zurück zum Anschlussbereich geführt, von wo aus er zu einem anderen Teilbereich hingeführt wird und wieder zurück zum Anschlussbereich. Auf diese Weise entstehen im Übrigen auch im Fall des beschriebenen Grabens zwischen Anschlussbereich und Heizbereich zwei Paare von Grabenleiterabschnitten, die insbesondere symmetrisch benachbart zum Belastungsbereich vorgesehen werden können. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Teilbereiche und somit Teilflächen geschaffen werden, so dass insbesondere auch zusätzliche Paare von Grabenleiterabschnitten entstehen können. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass ein Verbindungsabschnitt des Heizleiters zwischen Teilbereichen immer über den Anschlussbereich führt, was für eine vollständige Trennung der Teilflächen in den Heizbereichen sorgt. Insbesondere aber dann, wenn ein mittiger Zentralbereich der Heizeinrichtung, insbesondere bei einem Fahrzeugsitz, starken mechanischen Belastungen ausgesetzt ist, bedeutet die hier beschriebene Ausgestaltung, in der letztlich immer wieder zum Anschlussbereich zurückgekehrt wird, dass dieser mittige Zentralbereich völlig frei von jeglichen Anteilen des Heizleiters gehalten werden kann, welcher mithin vor den mechanischen Belastungen bewahrt wird. Gleichzeitig bedeutet dies zweckmäßigerweise aber auch, dass im mittleren Zentralbereich die Emission von Magnetfeldern vermieden wird, da der mittige Zentralbereich der Heizeinrichtung frei von Teilflächen ist.
Mit anderen Worten wird eine Heizleiterverlegung vorgeschlagen, die für den wenigstens einen Heizbereich nicht mehr nur eine einzige, große, eingeschlossene Fläche erzeugt, sondern mehrere in einer Richtung aufeinanderfolgende, unabhängige Teilflächen. Diese Strukturbildung hat nicht nur den Vorteil, geringere mechanische Belastungen an den Heizleiter zu generieren, sondern es werden auch extreme Magnetfelder in der Mitte einer Sitzheizung (oder einer sonstigen Heizeinrichtung) vermieden.
Die übrige Ausgestaltung der Heizeinrichtung kann sich an dem im Stand der Technik grundsätzlich Bekannten orientieren. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Heizleiter durch wenigstens eine Heizlitze gebildet wird und/oder für jeden Heizbereich der Heizleiter in einem Heizleiterträger, insbesondere in einer Heizungsmatte, geführt ist. Der Heizleiterträger ist mit besonderem Vorteil flächig und biegsam. Er besteht vorteilhafter Weise aus einem isolierenden Material, in das der Heizleiter eingebettet sein kann.
Neben der Heizeinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens eine insbesondere gepolsterte, zu heizende Komponente mit einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesem die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Dabei handelt es sich bei der Komponente bevorzugt um einen Fahrzeugsitz, wobei selbstverständlich auch mehrere Fahrzeugsitze mit wenigstens einer Heizeinrichtung der erfindungsgemäßen Art, welche dann eine Sitzheizung bildet, ausgestattet werden können.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung in diesem Kontext ist vorgesehen, dass einer Komponente mehrere Heizeinrichtungen und eine die Heizeinrichtung steuernde Steuereinrichtung zugeordnet sind, wobei die Steuereinrichtung zum Betrieb der Heizeinrichtungen in einem gepulsten Betrieb derart ausgebildet ist, dass Schaltzeitpunkte unterschiedlicher Heizeinrichtungen zeitlich um wenigstens die Dauer des Schaltvorgangs bis zum Erreichen des Sollstroms durch den Heizleiter, insbesondere zuzüglich einer Toleranzzeit, getrennt sind. Dabei kann bei einer Ausgestaltung der Komponente als Fahrzeugsitz beispielsweise vorgesehen sein, dass sowohl der Sitzfläche als auch der Lehne jeweils eine Heizeinrichtung zugeordnet sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde nun erkannt, dass bei einer solchen Nutzung mehrerer Heizeinrichtungen, beispielsweise in der Lehne und in der Sitzfläche, eine parallele Ansteuerung erfolgt, wodurch sich die dabei generierten Magnetfelder beim gleichzeitigen Einschalten des elektrischen Stromflusses summieren, mithin höhere Spitzenwerte für die Magnetfeldemission entstehen. Diese Überlagerung wird gemäß der vorliegenden Erfindung nun dadurch verändert, dass die Schaltvorgänge für die beiden Heizeinrichtungen entzerrt werden und die Schaltzeitpunkte nicht mehr zusammenfallen, mithin die Schaltvorgänge nicht mehr überlappen. Beispielsweise können unterschiedliche Steuerelemente für die mehreren Heizeinrichtungen vorgesehen sein. Mit dem zeitlichen Versatz der Schaltvorgänge wird erreicht, dass die Magnetfeldemission verringert wird und letztlich eher vergleichbar wird zu einem Fall, in dem nur eine Heizeinrichtung vorgesehen wäre. Insbesondere kann die so optimierte Steuerung die Emission bis zu 40 % verringern. Es wurde mithin erkannt, dass, insbesondere bei einer Sitzheizung, auch durch geeignete Modifikation der Ansteuerung die Emission von Magnetfeldern deutlich reduziert werden kann.
Dabei kann konkret vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung zum pulsweitenmodulierten Betrieb der Heizeinrichtung ausgebildet ist, wobei die Schaltzeitpunkte zeitlich um 10 bis 90 % einer Pulsdauer, insbesondere um 20 bis 40 % einer Pulsdauer, versetzt sind. Nachdem moderne Treiber, die für die Heizeinrichtung eingesetzt werden können, äußerst schnelle Schaltzeiten aufweisen, kann bereits ein leichter Versatz der Schaltzeitpunkte für die unterschiedlichen Heizeinrichtungen ausreichend sein, wobei es sich gezeigt hat, dass insbesondere bei einer Wahl eines Versatzes von 20 bis 40 % einer Pulsdauer eine hinreichende zeitliche Trennung gegeben ist, so dass der vorangehende Schaltvorgang abgeschlossen ist, bevor der nächste Schaltzeitpunkt erreicht wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 bestimmte Strukturelemente eines Fahrzeugsitzes in einer Seitenansicht,
3 Strukturelemente einer Grundstruktur der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes der 2,
4 einen Heizleiterverlauf einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung für die Sitzfläche,
5 einen Heizleiterverlauf einer erfindungsgemäßen Heizeinrichtung für die Lehne,
6 eine schematische Andeutung von Teilflächen bei dem Heizleiterverlauf der 4,
7 eine zu 6 alternative Aufteilung in Teilflächen,
8 den Heizleiterverlauf der 4 im Detail zum Anschlussbereich hin,
9 eine alternative Möglichkeit zur Führung des Heizleiters in der Region des Anschlussbereichs, und
10 einen Verlauf der Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung zweier Heizeinrichtungen.

1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist zwei Fahrzeugsitze 2 auf, denen als zu beheizende Komponenten jeweils zwei Heizeinrichtungen 3 zugeordnet sind, eine Heizeinrichtung für die Sitzfläche 4 und eine Heizeinrichtung 3 für die Lehne 5. Der Betrieb der Heizeinrichtungen 3 wird vorliegend durch eine gemeinsame Steuereinrichtung 6 gesteuert, wobei auch getrennte Steuereinrichtungen für die beiden Fahrzeugsitze 2 vorgesehen sein können.
2 zeigt die Grobstruktur eines Fahrzeugsitzes 2 genauer. Ein Strukturelement 7, das Anschlussbereiche für beide Heizeinrichtungen 3 liefern kann, ist unterhalb der Lehne 5 am hinteren Rand der Sitzfläche 4 vorgesehen.
3 zeigt die Grundstruktur der Sitzfläche 4. Diese weist als Strukturelemente zwei Seitenschalen 8, ein verstellbares vorderes Sitzelement 9 und ein mittleres Sitzelement 10 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll in jedem Fall das zentrale Sitzelement 10, wie durch den Heizbereich 11 angedeutet ist, beheizt werden, während ein Anschlussbereich 12 für die Heizeinrichtung 3 auf dem durch einen Graben 13, der einen Grabenbereich definiert, getrennten Strukturelement 7 vorgesehen ist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass vorliegend zur einfacheren Erläuterung nur der Heizbereich 11 des mittleren Sitzelements 10 betrachtet wird; selbstverständlich lassen sich die hier dargestellten erfindungsgemäßen Konzepte auch auf Fälle übertagen, in denen auch die Seitenschalen 8 und/oder das vordere Sitzelement 9 mit entsprechenden Heizbereichen beheizt werden sollen.
4 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung einer Heizeinrichtung 3a für die Sitzfläche 4, konkret den Heizbereich 11 für das zentrale Sitzelement 10. Im Anschlussbereich 12 des Strukturelements 7 sind Anschlüsse 14 zum Speisen des einen Heizwiderstands bildenden Heizleiters 15 vorgesehen. Der Heizleiter wird vorliegend als Paar von Hin- und Rückleiter ausgehend vom Anschlussbereich 12 durch den Grabenbereich im Graben 13 zu zwei auf dem mittleren Sitzelement 10 befindlichen Heizmatten 16 geführt, die wiederum durch einen schmaleren Graben 17 getrennt sind. Die Heizmatten 16 als Heizleiterträger bestehen aus einem schmiegsamen, isolierenden Material. Ein ähnliches Material kann auch benutzt werden, um die beiden Grabenübergänge 18 im Graben 13 zu bilden. Denn der Heizleiter 15 wird sequentiell durch die beiden Heizmatten 16 geführt, zurückkehrend in den Anschlussbereich 12. Damit entstehen zwei Paare von parallel verlaufenden, in gegenläufigen Richtungen von elektrischen Strom durchflossenen Hin- und Rückleitern mit Grabenleiterabschnitten 19, wobei der Abstand 20 zwischen den Grabenleiterabschnitten 19 maximal 30 mm beträgt.
Innerhalb der flächigen Heizmatten 16 verläuft der Heizleiter 15 schleifenartig, hier konkret größtenteils mäanderartig, um wiederum Paare von parallel verlaufenden, aber in entgegengesetzte Richtungen von elektrischem Strom durchflossenen Heizbereichleiterabschnitten 21 zu bilden. Der Abstand 22 zwischen den Heizbereichleiterabschnitten 21 eines eine Fläche zwischen sich einschließenden Paars beträgt maximal 25 mm. Die Heizleiteranteile in den jeweiligen Heizmatten 16, die Teilbereiche des Heizbereichs 11 bilden, umschließen jeweils eine Teilfläche 23, wobei die Teilflächen 23 jeweils deutlich kleiner als der durch sie beheizte Teilbereich sind und voneinander vollständig getrennt sind. Insbesondere liegt im Bereich des Grabens 17 keine Teilfläche vor, so dass dieser zentrale Bereich der Heizeinrichtung 3a frei vom Heizleiter 15 und auch von Magnetfeldemissionen gehalten ist.
Durch die nah aneinander geführten Leiterabschnitte 19, 21 ergibt sich zudem eine teilweise Aufhebung von deren Magnetfeldern. Es sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass die Abstände 20, 22 größer als 10 mm sind.
5 zeigt eine Ausgestaltung einer Heizeinrichtung 3b, die für die Lehne 5 des Fahrzeugsitzes 2 geeignet ist. Auch hier ist mäandernder Verlauf des Heizleiters 15 gewählt, wobei der besseren Verständlichkeit halber gleiche Bezugszeichen für gleiche Bestandteile gewählt wurden.
Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, andere, schleifenartige Verläufe des Heizleiters 15 zu wählen, insbesondere auch Anordnungen, in denen sich ein mäandernder Verlauf und auswölbende Verläufe abwechseln und dergleichen. Ferner können Schleifen auch in weniger bevorzugter Form mit scharfen Ecken statt abgerundeten Ecken gelegt werden.
6 zeigt nochmals schematisch, wie durch die getrennte Führung der Heizleiteranteile in den Heizmatten 16 und die dadurch gebildeten, getrennten Teilflächen 23 der Heizbereich 11 in einer Richtung 24, hier der Querrichtung, in unterschiedliche Teilbereiche 25 aufgeteilt wird, während große Bereiche dazwischen frei von Teilflächen 23 und dem Heizleiter 15 gehalten werden können.
7 zeigt, dass durch eine entsprechende Wahl von Heizleiteranteilen der Heizbereich 11 auch in eine größere Zahl von Teilbereichen 25, hier vier Teilbereiche 25, aufgeteilt werden kann.
Bei dieser Aufteilung in Teilbereiche 25 in der Richtung 24, bei der getrennte umschlossene Teilflächen 23 erzeugt werden, ist hinsichtlich der hier beschriebenen Sitzheizung als Heizeinrichtung 3, 3a, 3b besonders vorteilhaft, dass nicht nur im Zentralbereich um den Graben 17 keine Magnetfeldemissionen auftreten, sondern zudem kein Heizleiter 15 benötigt wird, nachdem dieser Zentralbereich besonders starken mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. In dieser Hinsicht ist es auch vorteilhaft, dass kein Grabenübergang über den Graben 17 vorliegt, sondern der Heizleiter 15 in den Grabenübergängen paarweise zu den einzelnen Teilbereichen 25 geführt wird.
8 zeigt den Grabenbereich des Grabens 13 der 4 nochmals genauer. Dort ist zu erkennen, dass sowohl im Bereich der Anschlüsse 14 als auch im Bereich des Grabens 13 ersichtlich Hin- und Rückleiter nahe beieinander geführt sind und die eingeschlossene Fläche minimal gehalten wird. Insbesondere wurde jedoch auch hier vermieden, den Heizleiter 15 durch einen zentralen Belastungsbereich 26 zu führen, in dem, wie bereits beschrieben, hohe mechanische Belastungen auftreten können. Stattdessen sind, nachdem zwei Paare 27 von Grabenleiterabschnitten 19 vorhanden sind, diese symmetrisch zu beiden Seiten unmittelbar benachbart zum Belastungsbereich 26 angeordnet, so dass sie so mittig wie möglich befindlich sind, nachdem Simulationen für Anordnungen am äußeren Rand des Grabens 13 schlechte Ergebnisse gezeigt haben.
9 zeigt eine weniger bevorzugte, alternative Möglichkeit zur Führung des Heizleiters 15 in der Region des Anschlussbereichs 12. Im Unterschied zur 8 ist dort ein dem Graben 13 benachbarter weiterer Grabenübergang 28 über den schmaleren Graben 17 vorgesehen, so dass zwar der Zentralbereich des Grabens 17 weitgehend frei von Magnetfeldemissionen bleibt, allerdings der Belastungsbereich 26 weiterhin vollständig Teil der von dem Heizleiter 15 eingeschlossenen Fläche bildet. Allerdings liegt auch in der Ausgestaltung gemäß 9 bereits eine Verbesserung gegenüber Ausgestaltungen dar, in denen sich der Grabenübergang 28 über den Graben 17 auf der gegenüberliegenden, dem Anschlussbereich 12 abgewandten Seite des Grabens 17 befindet.
Wie bereits erwähnt, steuert die Steuereinrichtung 6 alle Heizeinrichtungen 3, 3a, 3b an, wobei die Heizleistung über eine Pulsweitenmodulation bei der Bestromung des Heizleiters 15 geregelt wird. Nachdem Magnetfeldemissionen insbesondere bei den ansteigenden Flanken der jeweiligen Pulse, also während der Schaltvorgänge auftreten, ist zumindest für die Heizeinrichtungen 3, 3a, 3b eines Fahrzeugsitzes 2 vorliegend vorgesehen, die Schaltzeitpunkte zeitlich zu versetzen, wie dies in 10 dargestellt ist. Dabei zeigt die obere Kurve 29 den Stromverlauf durch den Heizleiter 15 der Heizeinrichtung 3a eines der Fahrzeugsitze 2, die untere Kurve 30 den Strom durch den Heizleiter 15 der Heizeinrichtung 3b eines der Fahrzeugsitze 2. Ersichtlich fallen die Schaltzeitpunkte 31 für die Heizeinrichtung 3a und die Schaltzeitpunkte 32 für die Heizeinrichtung 3b zeitlich nicht zusammen, so dass auch die entsprechenden durch die Flanken 33 beschriebenen Schaltvorgänge nicht überlappen. Vorliegend ist dabei ein Versatz von 30 % einer Pulsdauer gewählt, minimal sollte der zeitliche Abstand jedoch die Dauer eines Schaltvorgangs, mithin die Länge der Rampe 33, plus eine Toleranzzeit minimal betragen. Dabei werden vorliegend moderne Treiber eingesetzt, die den Heizstrom durch den Heizleiter 15 innerhalb einer sehr kurzen Zeit bereitstellen können, so dass die Rampen 33 sehr steil und mithin die Dauer des Schaltvorgangs kurz ist.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass auch Ausgestaltungen denkbar sind, in denen die Steuereinrichtung 6 den Schaltbetrieb auch fahrzeugsitzübergreifend derart steuert, dass keine Schaltvorgänge für eine Heizeinrichtung 3, 3a, 3b zusammenfallen.
So können die zu Schaltzeitpunkten 31, 32 entstehenden Magnetfeldemissionen in ihrer Amplitude geringer gehalten werden.
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 3725814 A1 [0003]
DE 102009059996 A1 [0004]
DE 202009017352 U1 [0004]
DE 102015008523 A1 [0005]
US 2012/0292301 A1 [0006]

Claims

Heizeinrichtung (3, 3a, 3b) für eine insbesondere gepolsterte, zu heizende Komponente eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend wenigstens einen flächigen Heizbereich (11), durch den ein Heizleiter (15) geführt ist, und einen Anschlussbereich (12), dadurch gekennzeichnet, dass den Anschlussbereich (12) und den Heizbereich (11) verbindende, in unterschiedlichen Richtungen stromdurchflossene Hin- und Rückleiter des Heizleiters (15) paarweise parallel verlaufend geführt sind.
Heizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (12) und der wenigstens eine Heizbereich (11) und/oder bei mehreren Heizbereichen (11) und/oder mehreren Teilbereichen (25) wenigstens eines des wenigstens einen Heizbereichs (11) der oder ein Heizbereich (11) oder ein Teilbereich (25) und ein weiterer Heizbereich (11) oder ein anderer Teilbereich (25) durch einen einen Grabenbereich definierenden Graben (13, 17) räumlich getrennt sind, wobei innerhalb des Grabenbereichs parallele, in gegenläufiger Richtung stromdurchflossene Grabenleiterabschnitte (19) maximal 30 mm voneinander entfernt sind.
Heizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mittleren, größeren mechanischen Belastungen ausgesetzten Belastungsbereich (26) des Grabenbereichs zwischen dem Anschlussbereich (12) und dem wenigstens einen Heizbereich (11) das wenigstens eine Paar von gegenläufig stromdurchflossenen Grabenleiterabschnitten (19) unmittelbar benachbart an dem Belastungsbereich (26) vorbeigeführt wird, wobei insbesondere bei zwei Paaren von Grabenleiterabschnitten (19) diese symmetrisch an unterschiedlichen Seiten des Belastungsbereichs (26) angeordnet sind.
Heizeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (15) im Heizbereich (11) zumindest abschnittsweise derart in Schleifen geführt ist, dass in gegenläufiger Richtung stromdurchflossene Heizbereichleiterabschnitte (21) parallel zueinander verlaufen.
Heizeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (22) der parallel verlaufenden Heizbereichleiterabschnitte (21) kleiner oder gleich 25 mm ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (22) der parallel verlaufenden Heizbereichleiterabschnitte (21) größer als 10mm ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Heizleiters (15) zumindest in den Heizbereichen (11) die eingeschlossene Fläche minimierend gewählt ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Heizleiters (15) in dem wenigstens einen Heizbereich (11) so gewählt ist, dass sich in der Ebene des Heizleiterverlaufs in wenigstens einer Richtung (24) innerhalb des Heizbereichs (11) mehrere getrennte, von einem Heizleiteranteil umschlossene Teilflächen (23) in jeweils einem Teilbereich (25) des Heizbereichs (11) ergeben.
Heizeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiteranteil für jeden Teilbereich (25) getrennt mit dem Anschlussbereich (12) verbunden ist.
Heizeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mittiger Zentralbereich der Heizeinrichtung (3, 3a, 3b), insbesondere aller des wenigstens einen Heizbereichs (11), frei von Teilflächen (23) ist.
Heizeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter (15) durch wenigstens eine Heizlitze gebildet wird und/oder für jeden Heizbereich (11) der Heizleiter (15) in einem Heizleiterträger, insbesondere in einer Heizungsmatte (16), geführt ist.
Kraftfahrzeug (1), aufweisend wenigstens eine insbesondere gepolsterte, zu heizende Komponente mit einer Heizeinrichtung (3, 3a, 3b) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente ein Fahrzeugsitz (2) und die Heizeinrichtung (3, 3a, 3b) eine Sitzheizung ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer Komponente mehrere Heizeinrichtungen (3, 3a, 3b) und eine die Heizeinrichtungen (3, 3a, 3b) steuernde Steuereinrichtung (6) zugeordnet sind, wobei die Steuereinrichtung (6) zum Betrieb der Heizeinrichtungen (3, 3a, 3b) in einem gepulsten Betrieb derart ausgebildet ist, dass Schaltzeitpunkte (31, 32) unterschiedlicher Heizeinrichtungen (3, 3a, 3b) zeitlich um wenigstens die Dauer des Schaltvorgangs bis zum Erreichen des Sollstroms durch den Heizleiter (15), insbesondere zuzüglich einer Toleranzzeit, getrennt sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) zum pulsweitenmodulierten Betrieb der Heizeinrichtungen (3, 3a, 3b) ausgebildet ist, wobei die Schaltzeitpunkte (31, 32) zeitlich um 10 bis 90% einer Pulsdauer, insbesondere 20 bis 40% einer Pulsdauer, versetzt sind.