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Die
Erfindung betrifft eine Sitzheizung für einen Sitz, insbesondere
den Sitz eines Fahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Beheizen
eines Sitzes mit einer solchen Sitzheizung.
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Gerade
in der kalten Jahreszeit und insbesondere bei lederbezogenen Sitzen
im Kraftfahrzeugbereich dauert es nach gewisser Standzeit des Fahrzeugs
oft sehr lange, bis der Benutzer des Fahrzeugs auf dem ausgekühlten Sitz
ein angenehmes Wärmeempfinden
verspürt.
Auch bei schon länger bekannten
Sitzheizungen dauert es aufgrund der relativ großen zu beheizenden Sitzfläche oft
noch recht lange, bis sich ein ausreichendes Wärmeempfinden für den Benutzer
einstellt. Auch benötigen
solche Sitzheizungen relativ viel Energie zur Aufheizung und um
im Dauerbetrieb den Sitz ausreichend zu erwärmen. Gerade ein angenehmes
Wärmeempfinden
im Sitzbereich ist jedoch für
die Behaglichkeit und das Wohlempfinden eines Benutzers im Fahrzeugsitz entscheidend.
Zwar sind bereits Sitzheizungen bekannt, welche zunächst möglichst
rasch bestimmte Teilbereiche des Sitzes versuchen aufzuheizen, bevor
der gesamte Sitz gleichmäßig erwärmt wird,
jedoch sind solche Teilbereichs-Sitzheizungen zwar räumlich begrenzt
und führen
somit zu einer verhältnismäßig rascheren
Erwärmung
des entsprechenden Sitzbereichs, jedoch weisen solche bekannten
Sitzheizungen entsprechende Heizbereiche von solcher Form und an
solchen Orten im oder am Sitz auf, wo der Benutzer kein so ausgeprägtes Wärmeempfinden
besitzt, wohingegen entsprechende Stellen des Sitzes zunächst nur
langsam erwärmt
werden und im ersten Moment kalt bleiben. Auch der Energiebedarf solcher
bekannten Sitzheizungen ist daher nicht optimal niedrig.
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So
ist aus dem deutschen Patent
DE 19831574 C2 eine Sitzheizung mit wenigstens
einem elektrischen Flächenheizelement
bekannt, wobei durch eine Umschalteinrichtung von einer zunächst erfolgenden
Beheizung eines Teilbereichs des Flächenheizelements mittels einer
Zusatzelektrode mit erhöhter
Heizungsdichte auf eine im Wesentlichen vollflächige Beheizung des entsprechenden,
im wesentlichen die gesamte Sitzfläche umfassenden, Flächenheizelements
mit normaler Heizungsdichte umgeschaltet werden kann.
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Aus
DE 19907968 A1 ist
ein Verfahren zum Beheizen eines Sitzes durch eine elektrische Widerstandsheizung
bekannt, bei welchem zunächst
ein begrenzter Teilbereich der Sitz- und/oder Lehnenfläche mit relativ hoher Heizleistung
beheizt wird. Nach Erreichen vorgegebener Bedingungen wird dann
der verbleibende zur Beheizung vorgesehene Teil der im wesentlichen
gesamten Sitz- und/oder Lehnenfläche zusätzlich oder
gesondert beheizt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sitzheizung vorzusehen,
welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine effektive
und äußerst rasche
Schnellaufheizung eines Sitzes bietet, sodass sich beim Benutzer
möglichst
rasch ein entsprechend angenehmes Wärmeempfinden einstellt, und
auch nach erfolgter Schnellaufheizung soll sich ein entsprechendes
Wärmeempfinden
fortsetzen, wobei die erfindungsgemäße Sitzheizung möglichst
effizient und energiesparend sein soll.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird gelöst durch
eine Sitzheizung gemäß Anspruch
1 sowie ein Verfahren zur Beheizung eines Sitzes gemäß Anspruch
9.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
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Die
erfindungsgemäße Sitzheizung
dient zur Beheizung eines Sitzes, insbesondere dem Sitz eines Fahrzeugs,
und weist einen Heizbereich zumindest eines Flächenheizelements auf, der zumindest aus
einem ersten Bereich und einem zweiten Bereich besteht. Der erste
Bereich ist ein begrenzter Teilbereich einer Sitz- und/oder Lehnenfläche, und
der zweite Bereich ist ein weiterer Bereich der Sitz- und/oder Lehnenfläche. Des
Weiteren ist ein Steuereinheit vorgesehen, mit welcher eine Beheizung
der einzelnen Bereiche, das heißt
des ersten Bereichs und/oder des zweiten Bereichs, des Heizbereichs
aktivierbar und deaktivierbar ist, wobei durch eine Aktivierung
des ersten Bereichs dieser erste Bereich schnell auf heizbar ist,
das heißt
durch eine zunächst erfolgende
ausschließliche
Aktivierung des ersten Bereichs wird dieser zunächst mit einer räumlich stark
begrenzten und entsprechend konzentrierten Heizleistung möglichst
rasch aufgeheizt. Erfindungsgemäß weist
der erste Bereich eine Lage und Form auf, welche der Lage und Form
eines Bereichs eines engsten Kontakts eines Benutzers mit dem Sitz
entsprechend der menschlichen Physiognomie entspricht. Erfindungsgemäß weist
der zweite Bereich eine Lage und Form auf, welche der Lage und Form eines
Bereichs eines Kontakts eines Rumpfes und/oder von Extremitäten des
Benutzers mit dem Sitz entsprechend der menschlichen Physiognomie entspricht.
Der Bereich des engsten Kontakts eines Benutzers mit dem Sitz und/oder
der Bereich eines Kontakts eines Rumpfes und/oder von Extremitäten des
Benutzers mit dem Sitz kann beispielsweise empirisch ermittelt werden,
insbesondere indem mittels einer Drucksensormatrix eine entsprechende
Druckverteilung über
die Kontaktfläche
Benutzer-/Sitzfläche ermittelt
wird und die so ermittelbare Druckverteilung dazu benutzt wird,
dass beispielsweise Gebiete sehr hohen Drucks dem ersten Bereich
und Gebiete des etwas geringeren Drucks dem zweiten Bereich zugeordnet
werden. Die Form und die Lage der entsprechenden Bereiche kann dann
gemäß einer
solchen Druckverteilungsmatrix festlegbar sein, wobei in Bereichen,
in welchen im Wesentlichen gar kein Druck vom Benutzer auf den Sitz
ausgeübt
wird, im Wesentlichen auch kein erfindungsgemäßer Heizbereich mit dem ersten
Bereich und dem zweiten Bereich vorhanden sein muss, um eine möglichst
rasche Schnellaufheizung und im Folgenden weiterhin angenehme Wärmeempfindung
durch den Benutzer bei geringem Energieverbrauch zu gewährleisten.
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Zum
einen ermöglicht
die erfindungsgemäß sehr starke
räumliche
Begrenzung des Schnellaufheizungsbereichs (erster Bereich) entsprechend
der menschlichen Physiognomie des Benutzers ein bedeutend schnelleres
Erwärmen
markanter Stellen des Sitzes bzw. einer Sitz-Oberfläche. Generell
ergibt sich aus der zusätzlichen
Optimierung auch des zweiten Bereichs entsprechend der menschlichen Physiognomie
eine räumliche
Minimierung und/oder Anpassung des Heizbereichs bei gleichzeitiger
Beibehaltung bzw. Verbesserung eines optimalen Wärmeempfindens durch den Benutzer
auch über
einen längeren
Zeitraum. Erfindungsgemäß ist es
somit möglich,
generell eine schnellere Aufheizzeit bei gleichem Energieeintrag
oder einen geringeren Energieeintrag bei gleicher Aufheizzeit zu
ermöglichen
und auch im Dauerbetrieb eine möglichst
hohe Effizienz sicherzustellen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung entspricht die Lage und Form des ersten Bereichs dem Kontaktbereich
von Sitzbeinhöckern
und/oder Lenden und/oder Nieren des Benutzers mit dem Sitz. In den
genannten Bereichen, welche hinsichtlich ihrer Form und Lage beispielsweise durch
Bestimmung der Druckverteilung bei Benutzung eines Sitzes ermittelt
werden können,
findet der engste Kontakt zwischen Benutzer und Sitz statt, und auch
das Wärmeempfinden
des Benutzers wird aufgrund des engsten Kontakts des Benutzers in
diesen Bereichen mit dem Sitz am ausgeprägtesten sein.
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Um
den Heizbereich hinsichtlich seiner Form und Lage optimal an die
genannten physiognomischen Gegebenheiten anpassen zu können, ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung dem ersten Bereich ein erstes Heizelement zugeordnet
und dem zweiten Bereich ein zweites Heizelement zugeordnet. Die
entsprechenden Heizelemente können
dabei durch die erfindungsgemäß vorgesehene
Steuereinheit unabhängig
voneinander aktiviert und deaktiviert werden, wobei es auch möglich ist,
dass beide Bereiche gleichzeitig aktiviert und betrieben werden.
Dies gilt insbesondere für
den Dauerbetrieb. Sowohl im Bereich der Sitzfläche des Sitzes als auch im
Bereich der Lehnenfläche
des Sitzes kann jeweils ein erster Bereich mit einem ersten zugeordneten
Heizelement und ein zweiter Bereich mit einem zweiten zugeordneten
Heizelement erfindungsgemäß vorgesehen
sein. Erfindungsgemäß kann ein
einzelnes Heizelement vorgesehen sein, welches durch entsprechende
Aktivierung von Teilbereichen dieses Heizelements jeweils den ersten Bereich
und/oder den zweiten Bereich der Heizfläche beheizt.
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Das
zumindest eine Heizelement oder die Heizelemente sind gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung elektrisch beheizbar. Bevorzugt besteht das Heizelement
oder bestehen die Heizelemente aus flexiblem Widerstandsmaterial, insbesondere
aus einem in Litzentechnik hergestellten Widerstandsmaterial. Entsprechende
bevorzugte elektrische Gestaltungen des Heizelements bzw. der Heizelemente
erlauben zum einen eine einfache Verwendung in einem Fahrzeug, da
das Bordstromnetz eines solchen Fahrzeugs zur Beheizung genutzt
werden kann, und zum andern erlaubt die Verwendung von flexiblem
Widerstandsmaterial eine besonders einfache Anpassung hinsichtlich
der Formgebung und der Lage des erfindungsgemäßen ersten Bereichs und des
erfindungsgemäßen zweiten
Bereichs der Heizfläche
des Heizelements bzw. der Heizelemente.
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Erfindungsgemäß besonders
bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit eine Beheizung der einzelnen
Bereiche des Heizbereichs, das heißt eine Beheizung des ersten
Bereichs und/oder des zweiten Bereichs, über ein externes Signal, insbesondere
ein Türöffnungssignal
einer Tür
des Fahrzeugs, steuert, das heißt
aktiviert und/oder unter Umständen
auch deaktiviert. Das entsprechende Türöffnungssignal kann beispielsweise
durch einen Infrarot-Schlüssel aktiviert
werden, sodass der Fahrer eines Fahrzeugs schon beim Einsteigen
ein erstes Wärmeempfinden der
bereits im zum Beispiel Schnellaufheizungsmodus laufenden Sitzheizung
gemäß der Erfindung
verspürt.
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Besonders
bevorzugt ist es ferner, falls ein interner und/oder externer Temperatursensor
vorgesehen ist, wobei eine Beheizung der einzelnen Bereiche des
Heizbereichs über
ein Signal des Temperatursensors steuerbar ist. Somit kann beispielsweise die
Schnellaufheizzeit in Abhängigkeit
von Umwelteinflüssen
und/oder witterungsabhängig
erfolgen.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann die Steuereinheit insbesondere die Schnellaufheizung
des ersten Bereichs des Heizbereichs zeitlich begrenzen, insbesondere
auf einen Zeitraum von etwa 1 Minute. Bereits in diesem zeitlich
begrenzten Zeitraum wird ein Benutzer ein deutliches Wärmeempfinden
verspüren.
Im Anschluss an diese erste Schnellaufheizperiode kann dann auch
der zweite Bereich des Heizbereichs alleine und/oder zusammen mit
dem ersten Bereich beheizt werden, sodass dann der gesamte Heizbereich
entsprechend beheizt wird. Je nach beliebiger Kombination des Heizens
/ Nichtheizens des ersten und/oder zweiten Bereichs kann die erfindungsgemäße Selbstheizung über die
Steuereinheit beispielsweise zweistufig mit verschiedenen Heizstufen
betreibbar sein. Somit ist es möglich,
bei dadurch minimiertem Energieverbrauch gleichzeitig dennoch jederzeit,
also auch im Dauerbetrieb, ein für
den Benutzer möglichst
angenehmes Wärmeempfinden
erfindungsgemäß zu bieten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der Sitz einen Lüfter auf, durch welchen der
Sitz zusätzlich
belüftbar
ist, wobei der Lüfter insbesondere
bei gleichzeitiger Schnellheizung betätigbar ist. Allgemein sind
solche Lüfter
bei innenbelüfteten
Sitzen bereits bekannt. Erfindungsgemäß kann durch zusätzliches
Vorsehen eines solchen Lüfters die
Zeit bis zur ersten Wärmeempfindung
bei belüfteten
Sitzen im Zusammenspiel mit der erfindungsgemäßen Schnellaufheizung noch
weiter verringert werden, da zum Beispiel ein im Sitzbeinhöckerbereich
positionierter Lüfter
während
der Schnellaufheizung des ersten Bereichs, welcher dem Sitzbeinhöckerbereich
entspricht, durch einen kurzen Luftstoß die Aufheizenergie bzw. die
Aufheizwärme
des entsprechenden Heizbereichs durch einen zusätzlichen kurzen Luftstoß an eine
Oberfläche
des entsprechend ausgestatteten Sitzes drückt.
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Generell
kann, insbesondere bei belüfteten Sitzen,
aber nicht nur dort, in der Lehnenfläche des Sitzes zum Beispiel
im Schulterbereich die Heizung durch Konvektion erfolgen, indem
die Wärme
zum Beispiel über
Kanäle
im Polsterschaum eines entsprechend gestalteten Sitzes hochsteigen
kann. Das Vorsehen seines Flächenheizelements
auch in dem Schulterbereich der Lehnenfläche kann somit gegebenenfalls
sogar entfallen. Ist ein Lüfter
erfindungsgemäß vorgesehen,
so kann das konvektive Aufsteigen von Wärme in der Lehnenfläche durch
Betätigung
des Lüfters
noch beschleunigt und verstärkt werden.
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Erfindungsgemäß vorgesehen
ist ferner ein Verfahren zum Beheizen eines Sitzes, wobei bei einem
solchen Verfahren eine Sitzheizung gemäß den oben beschriebenen Merkmalen
verwendet wird. Die Steuerung und Funktionsweise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
ergibt sich aus den obigen Ausführungen
zur erfindungsgemäßen Sitzheizung.
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Im
Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung
näher beschrieben
und erläutert
werden. Dabei zeigt:
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1 in Draufsicht eine schematische
Querschnittsansicht einer Sitzfläche
eines Sitzes mit einer Sitzheizung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung
einer Druckverteilung an der Kontaktfläche Benutzer-/Lehnenfläche eines
Sitzes,
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3 eine perspektivischer,
teilweise Schnittansicht eines Lehnenflächenbereichs eines Sitzes mit
einer erfindungsgemäßen Sitzheizung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung und
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4 eine schematische Schaltskizze
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Sitzheizung.
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1 zeigt schematisch eine
Sitzfläche
eines Sitzes 1 mit einer darin freigeschnitten dargestellten
Sitzheizung gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Zusätzlich
zeigt 1 eine Sitzdruckverteilung,
welche auf entsprechenden Messungen mit Drucksensoren beruht, wobei
die dunklen Bereiche in 1 Bereichen
geringeren Drucks entsprechen, wohingegen die hellen Bereiche der
Sitzdruckverteilung in 1 Bereiche
hohen Drucks auf die Sitzfläche
angeben. Der weiße,
von der Umrandung der Sitzfläche
des Sitzes 1 umrandete weiß dargestellte Bereich des
Sitzes 1 wird durch einen darauf sitzenden Benutzer nicht
belastet, dort ist auch kein Heizbereich der erfindungsgemäßen Sitzheizung
vorgesehen. Die erfindungsgemäße Sitzheizung,
wie sie in 1 dargestellt
ist, weist einen ersten Bereich 4 des Heizbereichs und
einen zweiten Bereich des Heizbereichs auf. Der erste Bereich 4 ist
in zwei Abschnitte unterteilt, wobei diese Abschnitte bzw. der erste
Bereich 4 insgesamt, in seiner Lage und Form dem Bereich
des engsten Kontakts eines Benutzers mit dem Sitz 1 entsprechend der
menschlichen Physiognomie entspricht. So ist der erste Bereich 4 genau
dort angeordnet, wo sich auch die Druckspitzen in der Druckverteilung
zeigen, das heißt
im Bereich der Sitzbeinhöcker
eines Benutzers. Der zweite Bereich entspricht in seiner Lage und
Form dem Bereich des Kontakts der Extremitäten des Benutzers, das heißt im Wesentlichen
der Oberschenkel des Benutzers, mit dem Sitz 1 entsprechend
der menschlichen Physiognomie. Dem ersten Bereich 4 ist
ein erstes Heizelement 2 zugeordnet, und dem zweiten Bereich 5 ist
ein zweites Heizelement 3 zugeordnet. Die beiden Heizelemente
sind elektrisch beheizbar und mit entsprechenden Leitungen (nicht
gezeigt) an die Steuereinheit der erfindungsgemäßen Sitzheizung (nicht gezeigt)
und das Bordstromnetz eines Fahrzeugs angeschlossen. Durch die erfindungsgemäße starke
räumliche
Begrenzung des ersten und zweiten Bereichs und entsprechende Anordnung
des ersten und zweiten Heizelements in der Sitzfläche des
Sitzes 1 entsprechend der menschlichen Physiognomie eines
Benutzers ist erfindungsgemäß zum einen
eine rasche Aufheizung der Sitzfläche sichergestellt, zum andern kann
damit die benötigte
Energiemenge möglichst gering
gehalten werden. Als Heizelemente 2, 3 kommt ein
flexibles Widerstandsmaterial zum Einsatz, welches durch in Schlangenlinien
gewundene Litzen herstellbar ist. Das verwendete Litzenmaterial ist
bevorzugt ein metallisches Material, wie beispielsweise Kupfer.
Es kann jedoch jedes geeignete elektrisch leitfähige Material mit ausreichenden
geeigneten Widerstandwerten verwendet werden.
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2 zeigt eine schematische
Druckverteilung, wie sie typischerweise an einer Lehnenfläche eines
Sitzes messbar ist. Auch hier geben die dunklen Bereiche Stellen
mit geringerer Druckbelastung wieder, während die hellen Bereiche Stellen
mit höherer
Druckbelastung wiedergeben. Bezugszeichen 7 bezeichnet
den Schulterbereich, welcher einen mittleren Druck aufweist, und
Bezugszeichen 8 bezeichnet den Lenden-/Nierenbereich, welcher abschnittsweise
einen sehr hohen Druck aufweist. Im Bereich des Lenden-/Nierenbereichs 8 wird somit
erfindungsgemäß ein entsprechend
in Form und Lage angepasster erster Bereich des Heizbereichs der Sitzheizung
gemäß der Erfindung
(Schnellheizbereich) angeordnet werden.
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3 zeigt eine schematische
perspektivische und teilweise freigeschnittene Ansicht eines Lehnenflächenbereichs
eines Sitzes 1. Auch im Bereich der Lehnenfläche ist
erfindungsgemäß ein in Form
und Lage dem engsten Kontaktbereich eines Benutzers mit dem Sitz 1 entsprechender
erster Bereich 4 des Heizbereichs vorgesehen. Ferner ist
ein weiterer, in Lage und Form dem Bereich des Kontakts eines Rumpfes
und/oder von Extremitäten
eines Benutzers mit dem Sitz 1 entsprechender zweiter Bereich 5 des
Heizbereichs vorgesehen. Dem ersten Bereich 4 ist ein erstes
Heizelement 2 zugeordnet, und dem zweiten Bereich 5 ist
ein zweites Heizelement 3 zugeordnet. Beide Heizelemente
entsprechen in ihrer Gestaltung den im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Heizelementen.
Anzumerken ist, dass in der in 3 gezeigten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung im Bereich der Schulterpartie der Lehnenfläche kein
Flächenheizelement
angeordnet ist. Gemäß der in 3 gezeigten bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung erfolgt die Beheizung im Schulterbereich des Sitzes 1 durch Konvektion,
indem die von den Heizelementen 2 und/oder 3 erzeugte
Wärme zusätzlich durch
Konvektion zum Beispiel über
Kanäle
im Polsterschaum (nicht gezeigt) in der Lehnenfläche des Sitzes 1 hochsteigen
kann. Es kann zusätzlich
auch ein Lüfter erfindungsgemäß vorgesehen
sein (nicht gezeigt), durch welchen ein Wärmetransport in den genannten Kanälen zusätzlich verstärkt werden
kann.
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Die
Steuerung der in den 1 und 3 gezeigten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Sitzheizungen
erfolgt mit einer Steuereinheit 6, wie sie in einer schematischen
Schaltskizze einer Ausführungsform
der Erfindung gemäß 4 dort gezeigt ist. Über einen
Sitzheizungsschalter 9 ist die erfindungsgemäße Sitzheizung
aktivierbar. Mittels einer Taktsteuerung, in 4 als "Takt" und "Zeit, Takt" bezeichnet, kann
die er findungsgemäße Schnellaufheizung
zeitlich auf ca. 1 Minute begrenzt werden. Danach wird nach Impulsgabe
der Taktsteuerung neben dem ersten Heizelement 2, das dem
ersten Bereich 4 des Heizbereichs (nicht gezeigt) zugeordnet ist,
auch das zweite Heizelement 3 des zweiten Bereichs 5 des
Heizbereichs (in 4 ebenfalls
nicht gezeigt) von Strom durchflossen, sodass eine Heizung über den
gesamten Heizbereich, das heißt
im ersten Bereich und im zweiten Bereich, erfolgt. Durch entsprechend
steuerbares Umlegen der Schalter 10 und 11 ist
es möglich,
nur das erste Heizelement 2 zu betreiben und/oder das zweite
Heizelement 3 (ebenfalls) zu beheizen. Durch entsprechende
Steuerung der Schalter 10 und 11 durch die Taktsteuerung
ist somit auch eine zweistufige Heizbereichssteuerung möglich. Die
Steuereinheit 6 kann die Aktivierung und Deaktivierung
der einzelnen Bereiche 4 und 5 des Heizbereichs
der erfindungsgemäßen Sitzheizung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
auch in Abhängigkeit
beispielsweise eines Türsensors
(nicht gezeigt) und/oder in Abhängigkeit
eines internen und/oder externen Temperatursensors steuern.