DE102021003865A1 - Device and method for heating a windshield of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Windschutzscheibe (1) eines Fahrzeugs. Erfindungsgemäß ist in einem Fahrzeuginnenraum auf einer der Windschutzscheibe (1) zugewandten Seite einer Armaturentafel (2) zumindest abschnittsweise eine Carbon-Flächenheizung (3) angeordnet ist und die Carbon-Flächenheizung (3) ist ausgebildet, im aktivierten Zustand Strahlungswärme (Q) an die Windschutzscheibe (1) abzugeben.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erwärmung einer Windschutzscheibe (1) eines Fahrzeugs.The invention relates to a device for heating a windscreen (1) of a vehicle. According to the invention, a carbon surface heating (3) is arranged at least in sections in a vehicle interior on the side of a dashboard (2) facing the windshield (1), and the carbon surface heating (3) is designed to transmit radiant heat (Q) to the windscreen (1).The invention also relates to a method for heating a windscreen (1) of a vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erwärmung einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs.The invention relates to a device for heating a windshield of a vehicle.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erwärmung einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs.The invention further relates to a method for heating a windshield of a vehicle.
Die
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Weiterhin ist aus dem Stand der Technik allgemein ein Anheizen der Frontscheibe durch Heizfäden in der Frontscheibe bekannt. Dazu werden Heizfäden oder Heizfolien in der Frontscheibe zwischen zwei Glasflächen angeordnet.Furthermore, heating of the windscreen by means of heating filaments in the windscreen is generally known from the prior art. For this purpose, heating filaments or heating foils are arranged in the windscreen between two glass surfaces.
Bei der
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Die
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Erwärmung einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs anzugeben.The invention is based on the object of specifying an improved device and an improved method for heating a windshield of a vehicle compared to the prior art.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a device which has the features specified in
Mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Possible configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Die Vorrichtung zur Erwärmung einer Windschutzscheibe eines Fahrzeugs umfasst erfindungsgemäß eine in einem Fahrzeuginnenraum auf einer der Windschutzscheibe zugewandten Seite einer Armaturentafel zumindest abschnittsweise angeordnete Carbon-Flächenheizung, welche ausgebildet ist, im aktivierten Zustand Strahlungswärme an die Windschutzscheibe abzugeben.According to the invention, the device for heating a windshield of a vehicle comprises a carbon surface heater which is arranged at least in sections in a vehicle interior on a side of a dashboard facing the windshield and which is designed to emit radiant heat to the windshield when activated.
Besonders im Winter ist Luft im Fahrzeuginnenraum aufgrund eines Betriebs einer Heizung und einer geringen Fähigkeit von außen angesaugter frischer und kalter Luft zur Feuchtigkeitsaufnahme relativ trocken. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von mehr als 20 % kann es zum Beschlagen oder Anlaufen der Windschutzscheibe kommen, was eine Sicht des Fahrers in die Fahrzeugumgebung stark beeinträchtigt. Andererseits ist physiologisch gerade im Winter eine relative Luftfeuchtigkeit von mehr als 35 % positiv für die Gesundheit der Atemwege von Fahrzeuginsassen, damit beispielsweise Schleimhäute nicht austrocknen und das Festsetzen von Keimen, wie beispielsweise Rhinoviren, als Ursache für Erkältungen nicht begünstigt wird. Das Interesse einer niedrigen Luftfeuchtigkeit zur Verhinderung der Kondensation von Wasser auf der Innenseite der kalten Windschutzscheibe steht also dem Interesse einer höheren Luftfeuchtigkeit zur Förderung der Gesundheit der Atemwege diametral entgegen.Especially in winter, air in the vehicle interior is relatively dry due to an operation of a heater and a low ability of fresh and cold air sucked from the outside to absorb moisture. At a relative humidity of more than 20%, the windshield can mist up or tarnish, which severely impairs the driver's view of the vehicle's surroundings. On the other hand, especially in winter, a relative humidity of more than 35% is physiologically beneficial for the health of the airways of vehicle occupants, for example, so that mucous membranes do not dry out and germs such as rhinoviruses, for example, do not become more likely to cause colds. Thus, the interest in low humidity to prevent water condensation on the inside of a cold windshield is diametrically opposed to the interest in higher humidity in promoting respiratory health.
Mittels der Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise durch Erwärmung der Windschutzscheibe ein Taupunkt an dieser erhöht werden und somit ein Beschlag der Windschutzscheibe, das heißt eine Kondensation von Wasser aus im Fahrzeuginnenraum befindlicher Luft, vermieden oder zumindest verringert werden. Auch wird bei warmer Luft im Fahrzeuginnenraum ein Temperaturgradient zwischen der Windschutzscheibe und der Luft verringert. Somit kann eine Trocknung der Luft im Innenraum durch eine Klimaanlage verringert werden, woraus eine höhere mögliche Luftfeuchtigkeit im Fahrzeuginnenraum resultiert, was sich positiv auf die Gesundheit der Atemwege und Augen der Fahrzeuginsassen auswirkt. Auch kann durch Verringerung der Trocknungsleistung durch die Klimaanlage ein Energieverbrauch verringert werden. Ferner kann aufgrund der erwärmten Fläche der Windschutzscheibe erreicht werden, dass im Fahrzeuginnenraum befindlichen Gegenständen und Fahrzeuginsassen weniger Körperwärme entzogen wird, so dass ein Behaglichkeitsempfinden für Fahrzeuginsassen positiv beeinflusst wird. Hieraus resultiert wiederum ein reduzierter Energiebedarf aufgrund einer Reduktion eines Bedarfs an Heizleistung.The device can advantageously increase a dew point on the windshield by heating it and thus prevent or at least reduce fogging of the windshield, ie condensation of water from the air in the vehicle interior. Also, when the air in the vehicle interior is warm, a temperature gradient between the windshield and the air is reduced. Thus, drying of the air in the interior can be reduced by an air conditioning system, which results in a higher possible air humidity in the vehicle interior, which has a positive effect on the health of the airways and eyes of the vehicle occupants. Energy consumption can also be reduced by reducing the drying performance by the air conditioner. Furthermore, due to the heated surface of the windshield, less body heat is extracted from objects and vehicle occupants located in the vehicle interior, so that a feeling of comfort for vehicle occupants is positively influenced. This in turn results in a reduced energy requirement due to a reduction in the need for heating power.
Die Carbon-Flächenheizung weist dabei in vorteilhafter Weise einen hohen thermischen Wirkungsgrad sowie eine gleichmäßige Wärmeableitung und große Wärmeableitungsfläche auf.The carbon surface heating advantageously has a high thermal efficiency as well as uniform heat dissipation and a large heat dissipation surface.
Weiterhin ist mittels der Vorrichtung eine Erwärmung der Windschutzscheibe in der Art möglich, dass diese bei kalten Umgebungstemperaturen in einfacher Weise von Eis befreit werden kann.The device can also be used to heat the windshield in such a way that it can be easily cleared of ice when the ambient temperatures are cold.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing.
Dabei zeigt:
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1 schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs aus einem Fahrzeuginnenraum.
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1 schematically a perspective view of a windshield of a vehicle from a vehicle interior.
In der einzigen
Wird im Fahrzeuginnenraum frische Luft erwärmt, ändert sich eine Menge von in der Luft enthaltenem Wasserdampf nicht. Jedoch kann warme Luft prinzipiell mehr Wasser aufnehmen, da mit steigender Temperatur eine durchschnittliche Geschwindigkeit von Molekülen im Wasser und in der Luft zunimmt. Wie viele Wassermoleküle maximal von der Luft aufgenommen werden können, bevor sie zu Tröpfchen kondensieren, hängt also von der Temperatur der Luft ab. Die so genannte relative Luftfeuchtigkeit beschreibt das Verhältnis von tatsächlich enthaltenem Wasserdampf in der Luft zur maximal möglichen Menge. Bei Nebel beträgt die relative Luftfeuchtigkeit beispielsweise 100 %. Die Luft enthält in diesem Fall mehr Wasserdampf, als sie aufnehmen kann und es bilden sich Wassertropfen.When fresh air in the vehicle interior is heated, an amount of water vapor contained in the air does not change. However, warm air can in principle absorb more water, since the average speed of molecules in the water and in the air increases with increasing temperature. The maximum number of water molecules that can be absorbed by the air before they condense into droplets depends on the temperature of the air. The so-called relative humidity describes the ratio of the water vapor actually contained in the air to the maximum possible amount. For example, when there is fog, the relative humidity is 100%. In this case, the air contains more water vapor than it can absorb and water droplets form.
Wie viele Wassermoleküle sich in der Luft über einer Wasseroberfläche befinden, hängt davon ab, wie viele Moleküle verdampfen und wie viele wieder kondensieren. Wenn sich an äußeren Eigenschaften wie Temperatur und Druck nichts ändert, so erreicht das System einen Gleichgewichtszustand. Dabei verdunsten genauso viele Teilchen wie Teilchen kondensieren. Mittels der so genannten kinetischen Gastheorie lässt sich berechnen, wie die maximale Wassermenge, die Luft aufnehmen kann, von der Temperatur abhängt.The number of water molecules in the air above a water surface depends on how many molecules evaporate and how many condense again. If nothing changes in external properties such as temperature and pressure, the system reaches a state of equilibrium. As many particles evaporate as particles condense. The so-called kinetic gas theory can be used to calculate how the maximum amount of water that air can hold depends on the temperature.
Bei hohen Temperaturunterschieden von Innenluft zu Umgebungsflächen, beispielsweise Fensterscheiben, fällt schnell Wasserdampf an den Fensterscheiben als Beschlag aus. Um dies zu vermeiden, müssen somit die Temperaturunterschiede verringert werden.If there are large temperature differences between the inside air and the surrounding surfaces, such as window panes, water vapor quickly forms on the window panes as condensation. In order to avoid this, the temperature differences must be reduced.
Dies wird dadurch erreicht, dass im Fahrzeuginnenraum auf einer der Windschutzscheibe 1 zugewandten Seite der Armaturentafel 2 zumindest abschnittsweise eine Carbon-Flächenheizung 3 angeordnet ist. Mittels der Carbon-Flächenheizung 3 wird im aktivierten Zustand Strahlungswärme Q an die Windschutzscheibe 1 abgegeben. Somit kann analog zur Sonnenstrahlung die Windschutzscheibe 1 von innen schnell erwärmt werden.This is achieved in that a
Dabei ist die Carbon-Flächenheizung 3 insbesondere innerhalb oder unterhalb einer obersten Deckschicht der Armaturentafel 2 angeordnet und umfasst eine Heizfolie, ein Heizgewebe und/oder Heizfäden. Beispielsweise ist hierzu das elektrisch leitfähige Carbon auf einem Trägerstoff angeordnet. Zum Schutz vor äußeren Einflüssen ist das Carbon beispielsweise mit einer Polyesterfolie umhüllt oder in ein Gewebe eingestrickt oder anderweitig eingearbeitet. Eine Dicke der Carbon-Flächenheizung 3 ist dabei insbesondere in Abhängigkeit von einer Größe des Fahrzeuginnenraums, einer Fläche der Windschutzscheibe, Temperaturen usw. gewählt. Um eine Beschädigung von in der Umgebung der Carbon-Flächenheizung 3 befindlichen Materialien zu vermeiden, ist eine Heizleistung der Carbon-Flächenheizung 3 beispielsweise auf 150 Watt pro m2 begrenzt.In this case, the
Die beispielsweise als zumindest eine Heizmatte ausgebildete Carbon-Flächenheizung 3 ist dabei derart ausgebildet, dass sich das Carbon bei Anlegen einer elektrischen Spannung aufgrund seines hohen elektrischen Widerstands erwärmt und thermische Energie in Form von infraroter Strahlung an den Raum abgibt. Diese Strahlung trifft auf die Windschutzscheibe 1 und versetzt Moleküle an der Oberfläche der Windschutzscheibe 1 in Schwingung, so dass diese sich erwärmt. Die elektrische Spannung beträgt beispielsweise 12 Volt, 24 Volt, 36 Volt oder 48 Volt.The
Zur Steuerung des Betriebs der Carbon-Flächenheizung 3 ist ein nicht näher dargestelltes Thermostat vorgesehen, welches eine Energieversorgung der Carbon-Flächenheizung 3 derart steuert, dass diese nur dann aktiviert wird, wenn die Temperatur an der Oberfläche der Windschutzscheibe 1 unter einen vorgegebenen Wert fällt. Steigt die Temperatur über einen vorgegebenen Maximalwert, unterbricht das Thermostat die Energieversorgung automatisch und deaktiviert so die Carbon-Flächenheizung 3. Somit wird ein Energieverbrauch optimiert.To control the operation of the
Ist das Fahrzeug beispielsweise ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, kann die Carbon-Flächenheizung 3, beispielsweise im Rahmen einer so genannten Vorklimatisierung des Fahrzeuginnenraums, im Stillstand des Fahrzeugs aus einer Batterie gespeist werden. Dabei ist eine Integration in alle Arten von Fahrzeugen mit Fensterscheiben möglich.If the vehicle is an electric vehicle or hybrid vehicle, for example, the
In einer möglichen Ausgestaltung können zusätzlich in Teilbereichen der Armaturentafel 2 zusätzliche Heiztechniken, wie beispielsweise Heizdrähte oder Beschichtungen auf- und/oder eingebracht sein, um beispielsweise ein Anfrieren eines Scheibenwischergummis zu verhindern oder dieses schnell zu lösen.In one possible embodiment, additional heating techniques, such as heating wires or coatings, can also be applied and/or incorporated in partial areas of the
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