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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Vorrichtungen zum Beheizen von Flächen und zur Erkennung einer Berührung der Fläche bekannt. Zumeist sind solche Vorrichtungen in Lenkhandhaben, wie beispielsweise Lenkern oder Lenkrädern, oder in Sitze integriert.
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Dabei stellt die Heizung bzw. die Beheizung der Lenkhandhabe in erster Linie eine Komfortfunktion dar, welche einem Bediener ein angenehm temperiertes Bedienelement bereitstellen soll.
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Davon abweichend dient die Berührungserkennung an Lenkhandhaben überwiegend zur Steigerung der Fahrsicherheit, da durch die Berührungserkennung die Hand des Fahrers bzw. der Fahrer selbst erkannt und dadurch beispielsweise sichergestellt werden soll, dass der Fahrer die Handhabe mit zumindest einer Hand greift.
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Zusätzlich kann die Information über die Berührung bzw. Anwesenheit von Fahrer und/oder Hand auch bei zahlreichen weiteren System des Fahrzeugs verwendet werden.
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Eine solche Berührungserkennung ist insbesondere vor dem Hintergrund automatisierten Fahrens bzw. autonom fahrender Fahrzeuge relevant, bei welchem der Fahrer das Steuer bzw. Lenkrad aus Sicherheitsgründen weiterhin greifen soll. Alternativ könnte dem Fahrzeug auch durch eine Berührung gemeldet werden, dass der Fahrer wieder selbst die Kontrolle über das Fahrzeug übernehmen möchte.
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Um sowohl ein Heizen als auch eine Berührungserkennung bereitstellen zu können, ist im Stand der Technik meist vorgesehen, dass eine Anwendung für solche Vorrichtungen, also eine Lenkhandhabe oder ein Sitz, sowohl mit einer Heizung als auch mit einem davon getrennten bzw. separaten Sensor zur Berührungserkennung ausgestattet ist. Das führt jedoch zu einem bauraum- und kostenintensiven Aufbau.
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Weiter ist sowohl aus der Schrift
EP 2 028 078 A1 als auch aus der Schrift
DE 11 2018 005 213 T5 eine Kombination von Heizung und Berührungserkennung bekannt. Gemäß beiden Varianten ist jeweils ein Sensor mit mehreren Sensorleitungen vorgesehen, von welchen eine der Sensorleitungen zugleich als Heizdraht genutzt wird, sodass diese integral miteinander ausgebildet sind.
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Dabei ist jedoch problematisch, dass die Steuerung bzw. eine Sensor-Steuerschaltung exakt auf die Heizung bzw. auf die Heiz-Steuerschaltung abgestimmt werden muss, da die Steuerung des Sensors nicht die Heizung und die Steuerung der Heizung nicht den Sensor beeinflussen darf.
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Weiter ist aus dem Stand der Technik auch bekannt, für das Beheizen und die Berührungserkennung einen gemeinsamen Funktionsleiter zu verwenden, welcher jedoch wechselweise und niemals gleichzeitig mit einer Heiz-Schaltung und mit einer Sensor-Schaltung verbunden ist, sodass ständig zwischen diesen Schaltungen umgeschaltet werden muss.
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Entsprechend ist die Auswertung des Sensors oder eine dafür notwendige Schaltung komplex, teuer und anfällig für Fehler.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche bereitzustellen, welche die zeitgleiche Ausführung der Funktionen ermöglicht und sowohl kostengünstig als auch insbesondere bezüglich der Ansteuerung einfach ausgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird daher eine Vorrichtung zum Beheizen einer Fläche und zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche vorgeschlagen. Die Vorrichtung kann insbesondere in einen Sitz oder eine Lenkhandhabe eines Fahrzeugs integriert sein. Die Fläche kann entsprechend beispielsweise eine Griff- bzw. Greiffläche der Lenkhandhabe oder eine Sitz- oder Lehnfläche des Sitzes sein. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Steuervorrichtung sowie einen mit dieser verbundenen, elektrisch leitfähigen Funktionsleiter auf. Der Funktionsleiter ist zugleich ein Heizdraht zur Beheizung der Fläche, als auch ein Sensorelement zur Erkennung einer Berührung der Fläche. Die Steuervorrichtung weist eine Heiz-Schaltung zur Beheizung der Fläche über den Funktionsleiter sowie eine Sensor-Schaltung zur zeitgleichen Erkennung einer Berührung der Fläche über den Funktionsleiter auf. Sowohl Heiz-Schaltung als auch Sensor-Schaltung sind dabei elektrisch mit dem Funktionsleiter verbunden. Dabei besitzt die Heiz-Schaltung eine Eingangsseite und eine davon galvanisch getrennte, mit dem Funktionsleiter verbundene Ausgangsseite. An der Eingangsseite kann eine Versorgungsspannung für die Heiz-Schaltung bereitgestellt werden, wofür die Eingangsseite beispielsweise mit einem Versorgungs- oder Bordnetz eines Fahrzeugs oder allgemein einer Spannungsquelle, wie einer Batterie, verbunden sein kann. Die Ausgangsseite der Heiz-Schaltung dient dem Bereitstellen einer an dem Funktionsleiter anliegenden Heiz-Spannung, durch welche der Funktionsleiter in seiner Funktion als Heizdraht erhitzt werden kann. Die Ausgangsseite der Heiz-Schaltung ist als Sekundärseite der galvanischen Trennung galvanisch von der Eingangsseite als Primärseite der galvanischen Trennung und vorzugsweise der Sensor-Schaltung getrennt. Der Funktionsleiter ist somit galvanisch von einer Versorgungsspannung bzw. der Primärseite oder Eingangsseite der Heiz-Schaltung getrennt, sodass eine Erfassung einer Berührung durch die Sensor-Schaltung nicht durch die Heiz-Schaltung beeinflusst werden kann. Entsprechend ist der Funktionsleiter zeitgleich von der Heiz-Schaltung ansteuerbar bzw. mit der Heiz-Spannung versorgbar und mit der Sensor-Schaltung verbunden, sodass eine Berührung der Fläche über den Funktionsleiter durch die Sensor-Schaltung erfassbar ist.
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Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird also das Beheizen der Fläche zeitgleich zu einer Erkennung einer Berührung der Fläche möglich.
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Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als ein Erkennen einer Berührung auch ein Erkennen einer Annäherung an die Fläche verstanden, da die Berührungserkennung insbesondere kapazitiv erfolgt und auch beispielsweise eine oberhalb der Fläche angeordnete Hand berührungslos erkannt werden kann.
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Die Sensor-Schaltung ist also als Messschaltung zur Erkennung der Berührung vorgesehen und galvanisch von der Heiz-Schaltung zur Ansteuerung des Funktionsleiters als Heizungsansteuerung getrennt.
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Durch die galvanische Trennung beeinflussen sich Heiz-Schaltung und Sensor-Schaltung nicht bzw. zumindest nicht Wesentlich gegenseitig.
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Dabei ist es vorteilhaft, die kapazitive Kopplung zwischen der Sensor-Schaltung und der Heiz-Schaltung zu minimieren, die Koppelkapazität der galvanischen Trennung sehr gering zu halten, sodass die Sensor-Schaltung als Messschaltung möglichst wenig von der Heiz-Schaltung beeinflusst wird.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Heiz-Schaltung einen Sperrwandler und/oder Flusswandler und/oder eine Push-Pull-Schaltung zur Realisierung der galvanischen Trennung aufweist.
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Weiter kann die Heiz-Schaltung ausgebildet sein, den Funktionsleiter vorzugsweise ausschließlich durch Regelung der Leistung an der Primärseite anzusteuern.
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Bei der Ansteuerung des Funktionsleiters als Heizelement bzw. Heizdraht ist es nicht notwendig, die Ausgangsspannung (Sekundärseite) explizit zu regeln, es reicht aus die Leistung über die Primärseite einzustellen. Dies vereinfacht den Aufbau und es kann eine höhere Effizienz erzielt werden.
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Die Heiz-Schaltung ist zudem gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Weiterbildung an der Sekundärseite der galvanischen Trennung frei von einem Element zur Gleichrichtung, bei welchem es sich insbesondere um eine Diode und weiter insbesondere um eine Sperrdiode handeln kann. Die Heiz-Schaltung weist also an ihrer Sekundär- bzw. Ausgangsseite kein Element zur Gleichrichtung (z.B. Diode bzw. Sperrdiode) auf, wodurch ebenfalls die Effizienz erhöht und ein kostengünstiger Schaltungsaufbau realisiert werden kann.
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Zur Ansteuerung des Funktionsleiters weist die Heiz-Schaltung gemäß einer weiteren Variante an der Primärseite zumindest ein Schaltelement auf, welches insbesondere als Transistor und weiter insbesondere als MOSFET ausgebildet ist.
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Das Schaltelement selbst kann über einen Treiber-IC oder einen Mikrocontroller angesteuert sein.
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Die Sensor-Schaltung kann ebenfalls einen Mikrocontroller aufweisen, wobei eine Steuer- und/oder Auswertelogik der Sensor-Schaltung auf dem Mikrocontroller implementiert sein kann. Ferner kann auch die Ansteuerung bzw. Ansteuerlogik des Schaltelements der Heiz-Schaltung integral auf demselben Mikrocontroller vorgesehen sein.
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Die Heiz-Schaltung kann zur galvanischen Trennung einen Transformator aufweisen, welcher vorzugsweise eine möglichst geringe Koppelkapazität hat.
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Vorzugsweise ist der Funktionsleiter flächig und mäanderartig verlaufend angeordnet. Dabei verläuft der Funktionsleiter weiter vorzugsweise derart, dass die gesamte Fläche beheizbar und eine Berührung an jedem Punkt der Fläche erfassbar ist.
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Hierzu kann der Funktionsleiter in eine Funktionsschicht eingebettet sein, welche zu einer Seite hin zu der Fläche korrespondieren kann. Ferner kann die Funktionsschicht eine Dekorschicht aufweisen oder an dieser angeordnet sein, durch welche die Fläche gebildet wird, welche beheizt werden soll und an welcher Berührungen erfasst werden sollen.
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Die Sensor-Schaltung weist zudem vorzugsweise einen mit dem Funktionsleiter verbundenen Eingang sowie Anschlüsse zur Spannungsversorgung der Sensor-Schaltung auf. Dabei ist der Eingang vorzugsweise von den Anschlüssen getrennt, sodass eine Versorgungsspannung an den Anschlüssen zur Spannungsversorgung nicht eine durch die Sensor-Schaltung realisierte Messschaltung zur Bestimmung der Berührung beeinflussen kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Lenkhandhabe eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei entspricht die Fläche einer Griff- bzw. Greiffläche zum Greifen der Lenkhandhabe, sodass die Greiffläche beheizbar und eine Berührung der Greiffläche erfassbar ist.
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Ferner betrifft ein Aspekt der Erfindung einen Fahrzeugsitz mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Fläche eine Sitzfläche und/oder eine Lehn- bzw. Lehnenfläche, wie eine Fläche einer Rückenlehne oder einer Armlehne, des Fahrzeugsitzes ist, sodass diese beheizbar sind/ist und eine Berührung erfassbar ist.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäß Vorrichtung;
- 2a einen Sperrwandler als Teil der Heiz-Schaltung der Vorrichtung;
- 2b einen Flusswandler als Teil der Heiz-Schaltung der Vorrichtung;
- 3a eine Lenkhandhabe mit einem Funktionsleiter einer Vorrichtung;
- 3b einen Fahrzeugsitz mit einem Funktionsleiter einer Vorrichtung.
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Diese weist eine Steuervorrichtung 10 und einen damit verbundenen Funktionsleiter 13 auf, durch welchen eine Fläche 2 beheizt und eine Berührung der Fläche 2 detektiert werden kann.
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Zur Beheizung der Fläche 2 über den Funktionsleiter 13 ist in der Steuervorrichtung 10 eine Heiz-Schaltung 11 vorgesehen, welche vorliegend eine Steuerung 11C und eine Spannungsversorgungseinheit 11V umfasst. Um eine Berührung der Fläche 2 detektieren zu können, wertet eine Sensor-Schaltung 12 eine über den Funktionsleiter 13 erfasste kapazitive Änderung aus.
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Die Steuerung 11C der Heiz-Schaltung 11 und die Sensor-Schaltung 12 sind vorliegend auf einem gemeinsamen Mikrocontroller 15 vorgesehen, wobei diese auch auf separaten Mikrocontrollern oder allgemein getrennt voneinander vorgesehen sein können.
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Weiter ist als Teil der Vorrichtung 1 bzw. als Teil der Steuervorrichtung 10 ein Netzteil 14 vorgesehen, welches jedoch alternativ nicht als Teil der Vorrichtung 1 oder der Steuervorrichtung 10 verstanden werden muss. Durch das Netzteil 14 wird die Sensor-Schaltung 12 und die Heiz-Schaltung 11 mit einer Netz- bzw. Betriebsspannung versorgt.
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Der Funktionsleiter 13 ist in der Spannungsversorgungseinheit 11V der Heiz-Schaltung 11 galvanisch von der Eingangsseite 11A der Spannungsversorgungseinheit 11V bzw. von dem Netzteil 14 getrennt, sodass eine sich verändernde Heiz-Spannung zum Beheizen der Fläche 2 keinen Einfluss auf eine Messung durch die Sensor-Schaltung 12, also die Berührungserkennung hat.
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Die Spannungsversorgungseinheit 11V kann durch verschiedene Schaltungen implementiert sein, wie sie beispielhaft in den 2a und 2b dargestellt sind.
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Dabei ist die Spannungsversorgungseinheit 11V als Sperrwandler ausgeführt sein, wie es in 2a dargestellt ist, oder beispielsweise als Fluss- bzw. Durchflusswandler und im speziellen als Gegentaktflusswandler gemäß 2b. Dabei weißt die Spannungsversorgungseinheit 11V jeweils eine Eingangsseite 11A auf, welche mit dem Netzteil 14 verbunden ist, und eine davon über einen Transformator 11T galvanisch getrennte Ausgangsseite 11B, welche mit dem Funktionsleiter 13 verbunden ist.
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Zur Steuerung der an dem Funktionsleiter 13 anliegenden Heiz-Spannung ist jeweils eingangsseitig ein als MOSFET ausgeführtes Schaltelement 11 S vorgesehen, welches beispielsweise von der auf dem Mikrocontroller 15 implementierten Steuerung 11C der Heiz-Schaltung 11 angesteuert wird.
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An der Ausgangsseite 11B kann jeweils auf eine Diode 11D verzichtet werden. Zur Verdeutlichung ist in 2a eine durchgestrichene Diode 11 D dargestellt, welche entsprechend gerade nicht vorhanden ist.
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Die zu beheizende Fläche 2, deren Berührung zugleich erfasst werden soll, und damit die Vorrichtung 1 kann in verschiedenen Anwendungen vorgesehen sein, wobei in 3a beispielhaft ein Lenkrad als Lenkhandhabe 3 dargestellt ist, welches beheizt und dessen Berührung erfasst werden soll.
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Beispielsweise ist auch die Integration der Vorrichtung 1 in einen Sitz 4 möglich, dessen Sitzfläche 2 beheizt und eine Belegung des Sitzes durch Berührungserkennung der Sitzfläche 2 erfasst werden soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2028078 A1 [0008]
- DE 112018005213 T5 [0008]
