DE19503291C2 - Heizungs-Kühlmatte für einen Fahrzeugsitz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizungs-Kühlmatte für einen Fahrzeugsitz, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.

Die Belüftung des Innenraums eines Kraftfahrzeugs, gegebenen­ falls auch die Kühlung des Innenraums, durch einen Lüfter oder dergleichen, reicht bei hohen Außentemperaturen vielfach nicht aus, um an den in unmittelbarem Körperkontakt stehenden Sitzflächen eines Fahrzeugsitzes ein ausreichend angenehmes Temperaturniveau zu erzeugen. Die Polsterung und der Bezug des Fahrzeugsitzes sind zwar vielfach luftdurchlässig gestaltet, doch reicht die Sitzbelüftung in der Regel nicht zur erforder­ lichen Wärmeabfuhr aus.

Aus EP 0 424 160 A1 ist eine auf einen Fahrzeugsitz aufzulegende, als Hohlkörper ausgebildete Klimatisierungsmatte bekannt, die über einen Luftschlauch an eine Klimaanlage des Fahrzeugs anschließbar ist. Die Klimaanlage kann auf der Basis von Peltier-Elementen aufgebaut sein, so daß die der Klimatisie­ rungsmatte zuzuführende Luft nicht nur gekühlt, sondern auch erwärmt werden kann, die Klimatisierungsmatte also auch zur Sitzheizung ausgenutzt werden kann.

Aus DE 34 23 657 A1 ist eine ähnliche Anordnung bekannt, bei welcher der gesamte Fahrzeugsitz hohl ausgebildet und an eine wahlweise kühlende oder heizende Klimatisierungsanlage des Fahrzeugs angeschlossen ist. Der Klimatisierungsanlage ist eine Temperaturregelschaltung zugeordnet, die die mittels eines Temperaturfühlers erfaßte Sitzflächentemperatur in einem gewünschten Temperaturbereich hält. Auch diese Klimatisierungs­ anordnung temperiert den Fahrzeugsitz über einen Luftstrom.

Es hat sich gezeigt, daß bei hinreichender Temperierung des Fahrzeugsitzes durch eine Luftströmung unerwünschter Luftzug im Innenraum des Fahrzeugs entstehen kann und daß die für die Zwangsbelüftung des Fahrzeugsitzes erforderlichen Gebläse den Geräuschpegel im Fahrzeug anheben. Die an dem oder in dem Fahrzeugsitz vorzusehenden Luftkanäle sind relativ voluminös und begrenzen den für die Verstellmechanik des Fahrzeugsitzes verfügbaren Bauraum. Schließlich benötigen die bekannten Klimatisierungsanordnungen zusätzlichen Bauraum für die den Luftstrom erzeugende Kühlanlage.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die es mit einfachen Mitteln erlaubt, einen Fahrzeugsitz zu klimatisieren. Die Anordnung soll insbesondere nur wenig Bauraum benötigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patentanspruch 1 benannten Merkmale vorgeschlagen.

Die erfindungsgemäße Klimatisierungsvorrichtung für einen Fahrzeugsitz insbesondere eines Kraftfahrzeugs ist gekenn­ zeichnet durch wenigstens eine im wesentlichen flexible, im Betrieb auf oder zumindest nahe einer die Körperkontaktfläche bildenden Deckfläche des Fahrzeugsitzes anzuordnende Klimati­ sierungsmatte mit einer Vielzahl entlang der Matte verteilter, aus einer Bordnetz-Spannungsquelle des Fahrzeugs speisbarer Peltier-Elemente.

Im Gegensatz zu herkömmlichen, den Fahrzeugsitz kühlenden Klimatisierungsanordnungen, bei welchen das Kühlgerät stets gesondert vom Fahrzeugsitz angeordnet war, werden erfindungs­ gemäß die zur Kälteerzeugung ausgenutzten Peltier-Elemente nahe der in unmittelbarem Körperkontakt stehenden Sitzflächen angeordnet, so daß gesonderte, bisher erforderliche Kühlfluid­ transportmittel entfallen.

Bei Peltier-Elementen handelt es sich um thermoelektrische Anordnungen, wie sie beispielsweise in Technica, 18, 1981, Seiten 1591 bis 1598 beschrieben sind. Im Prinzip besteht jedes Peltier-Element aus zwei Halbleiterpillen oder -körpern, von denen einer N-leitend und der andere P-leitend ist. Die beiden Halbleiterkörper sind auf einer Seite durch eine Metallbrücke, beispielsweise aus Kupfer miteinander verbunden und auf ihrer anderen Seite metallisch (Kupfer) kontaktiert. Beim Anlegen einer Gleichspannung an die Kontaktierungen wird, abhängig von der Polarität der Spannungsquelle, Wärme von einer Seite der Halbleiterkörper zur anderen transportiert, womit sich die Metallteile auf einer Seite abkühlen und auf der anderen Seite erwärmen. Peltier-Elemente können meanderförmig zu thermoelek­ trischen Blocks bzw. Batterien zusammengeschlossen werden, wobei die einzelnen Peltier-Elemente elektrisch in Serie geschaltet sind, thermisch aber parallel geschaltet wirken, da die im Betrieb sich erwärmenden Metallbrücken auf gegenüber­ liegenden Seiten der Batterie zu liegen kommen.

Eine mechanisch stabile und dennoch flexible Verbindung der Peltier-Elemente wird erreicht, wenn die Peltier-Elemente auf wenigstens einer flächigen, flexiblen, jedoch in zumindest einer ihrer Flächenrichtungen dehnungssteifen Trägermaterial­ lage gehalten sind. Zweckmäßigerweise sind die Peltier-Elemente sandwichartig zwischen zwei der Trägermateriallagen gehalten. Bei den Trägermateriallagen kann es sich um dehnungssteife Folien oder dergleichen, aber auch um Verbundmaterialien handeln, die zugleich elektrische Leiterbahnen für die elek­ trische Verbindung benachbarter Halbleiterkörper bilden oder Wärmeleitfunktionen mit übernehmen. Die Trägermateriallagen können zumindest bereichsweise aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial bestehen oder aber mit flexiblen metalli­ schen Leiterbahnen armiert sein. Solche Leiterbahnen können als flexible Metallisierungen ausgebildet sein oder aber aus litzenartigen Metalldrähten bestehen, die gegebenenfalls miteinander verflochten sind.

Die der Sitzfläche abgewandte Seite der Peltier-Elemente kann auf der Unterseite des Fahrzeugsitzes in unmittelbarem Wärme­ tauschkontakt mit der Umgebungsluft stehen. Die auf der Unterseite angeordneten Metallbrücken können hierbei zu Wärmetauschkörpern vergrößert sein, die die Wärme aus dem Bereich der Peltier-Elemente in für die Umgebungsluft frei zugängliche Bereiche ableiten. In einer zweckmäßigen Aus­ führungsform können derartige Wärmeleitmittel auch seitlich über den für die Peltier-Elemente in der Klimatisierungsmatte vorgesehenen Bereich vorstehen und dort in Wärmetauschkontakt zur Umgebungsluft stehen oder mit wenigstens einem dort angeordneten Wärmetauschkörper verbunden sein. Dies hat den Vorteil, daß die Klimatisierungsmatte besonders flach ausgebil­ det werden kann und keine Sonderkonstruktionen des Fahrzeug­ sitzes für den Wärmetransport bedingt. Die Wärmeleitmittel bzw. der Wärmetauschkörper können seitlich des für den Körperkontakt bestimmten Flächenbereichs des Fahrzeugsitzes angeordnet werden. Die Klimatisierungsmatte kann auf diese Weise problem­ los auch bei vorhandenen Fahrzeugsitzen als Zubehör nach­ gerüstet werden. Die Wärmeleitmittel oder/und der Wärmetausch­ körper sind zweckmäßigerweise mit der Klimatisierungsmatte fest zu einer Baueinheit verbunden.

Es versteht sich, daß die Wärmeleitmittel unabhängig von der für den Betrieb der Peltier-Elemente erforderlichen elek­ trischen Verbindungen realisiert sein können, beispielsweise als flächige, längs der Klimatisierungsmatte sich erstreckende Materiallagen ausgebildet sein können. Die wärmeleitende Materiallage kann aber auch die zuvor erläuterte, in zumindest einer ihrer Flächenrichtungen dehnungssteife Trägermateriallage bilden, die zugleich die Peltier-Elemente hält.

Um den Energieverbrauch zu mindern, ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß der Klimatisierungsmatte wenigstens ein bei Druckbelastung der Klimatisierungsmatte zumindest eine Teilanzahl benachbarter Peltier-Elemente einschaltender Schaltkontakt zugeordnet ist. Die Peltier- Elemente werden damit nur dann eingeschaltet, wenn der Fahr­ zeugsitz besetzt ist. Die Anordnung kann so getroffen sein, daß sämtliche Peltier-Elemente der Klimatisierungsmatte bei besetztem Fahrzeugsitz eingeschaltet werden; sie kann aber auch so getroffen sein, daß in die Klimatisierungsmatte mehrere Schaltkontakte integriert sind, welchen jeweils gruppenweise elektrisch miteinander verbundene Peltier-Elemente zugeordnet sind. Auf diese Weise werden nur diejenigen Flächenbereiche der Klimatisierungsmatte aktiviert, die tatsächlich besetzt sind. Die nicht besetzten Flächenbereiche bleiben inaktiv.

Bei den in die Klimatisierungsmatte integrierten Schaltkon­ takten kann es sich um gesondert einzubauende Schalter-Bauele­ mente handeln. Bevorzugt sind die Schaltkontakte jedoch als Folienschalter ausgebildet, die in Verbindung mit den Trägerma­ teriallagen und dergleichen realisiert werden können.

Die Bordnetz-Spannungsquelle des Fahrzeugs ist zweckmäßiger­ weise mittels eines Wählschalters umpolbar an die Peltier- Elemente angeschlossen. Die Klimatisierungsmatte kann dann wählbar sowohl als Sitzheizung als auch zur Sitzkühlung ausgenutzt werden. Soweit die Klimatisierungsmatte als vom Fahrzeugsitz abnehmbare Einheit ausgebildet ist, können diese Betriebsweisen auch durch Umdrehen der Klimatisierungsmatte erreicht werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeug­ sitzes mit einem Ausführungsbeispiel einer vorschlagsgemäßen Klimatisierungsmatte,

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Detaildarstellung der Klimatisierungsmatte mit zugehöriger Steuerschaltung und

Fig. 3 einen Detailschnitt durch eine bei der Klimatisierungs­ matte der Fig. 1 und 2 verwendbare Druckschalteranordnung.

Fig. 1 zeigt einen Kraftfahrzeugsitz mit einem Sitzkörper 1 und einem Lehnenkörper 3, die auf ihren die Körperkontaktflächen bildenden Deckflächen 5 bzw. 7 gesonderte, gegebenenfalls einteilig miteinander verbundene Klimatisierungsmatten 9 tragen. Bei den Klimatisierungsmatten 9 handelt es sich im dargestellten Fall um vom Kraftfahrzeugsitz abnehmbare Teile. Es versteht sich, daß die Klimatisierungsmatten 9 auch fest mit dem Kraftfahrzeugsitz verbunden sein können, also integraler Bestandteil der Deckflächen 5, 7 sein können.

Die Klimatisierungsmatten 9 haben, wie am besten Fig. 2 zeigt, eine Sandwichstruktur, bei der eine Vielzahl zu einer Peltier- Batterie miteinander verbundener Peltier-Elemente 11 zwischen zwei flexiblen, im wesentlichen dehnungssteifen Folien 13 fixiert sind. Die Folien 13 bestehen aus elektrisch isolieren­ dem Material. Die Peltier-Elemente 11 ihrerseits sind aus P- leitenden Halbleiterkörpern 15 und N-leitenden Halbleiterkör­ pern 17 aufgebaut, die wechselweise aufeinanderfolgend an­ geordnet sind und auf gegenüberliegenden Seiten paarweise durch beispielsweise aus Kupfer bestehenden Metallbrücken 19 mitein­ ander verbunden sind. Die Metallbrücken 19 sind zweckmäßiger­ weise ihrerseits flexibel. Fig. 2 macht darüber hinaus deut­ lich, daß die Folien 13 nur in Verbindungsrichtung der Metall­ brücken 19 zugfest zu sein braucht, um die Peltier-Elemente 11 vor Zugbelastung zu schützen.

Die körperseitige Folie 13 ist durch eine atmungsaktive Schicht 21 abgedeckt und kann gegebenenfalls entfallen, wenn die Schicht 21 die Stabilisierungsfunktion mit übernehmen kann. Die sitzseitige Folie 13 ist mit einer wärmeleitenden Materiallage 23 verbunden, die sich, wie Fig. 1 zeigt, über den Sitzflächen­ bereich der Klimatisierungsmatte 9 seitlich hinauserstreckt und seitlich des Sitzkörpers 5 bzw. des Lehnenkörpers 3 in Kühlfah­ nen 25 übergeht. Die Kühlfahnen 25 führen die der Sitzfläche im Kühlbetrieb entzogene Wärme seitlich des Kraftfahrzeugsitzes der Umgebungsluft zu. Beim Betrieb als Sitzheizung nehmen die Kühlfahnen 25 die der Sitzfläche zuzuführende Wärme aus der Umgebungsluft auf. Es versteht sich, daß auch die sitzseitige Folie 13 gegebenenfalls entfallen kann, wenn deren Funktion von der Materiallage 23 übernommen werden kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Metallbrücken 19 gesondert von den Folien 13 bzw. den Materiallagen 21, 23 dargestellt; die Metallbrücken 19 können aber bei geeigneter Gestaltung dieser Lagen auch integraler Bestandteil sein, beispielsweise indem partiell leitende Kunststoffolien benutzt werden. Bei den Metallbrücken 19 kann es sich um flächige Metallschichten handeln oder aber um flexible Geflechte oder Gewebe. Entsprechendes gilt für die Materiallage 23.

Die Peltier-Elemente 11 werden aus dem bei 27 angedeuteten Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit Gleichspannung versorgt. Eine Temperaturregelschaltung 29 erfaßt mit Hilfe wenigstens eines in die Klimatisierungsmatte 9 integrierten Temperaturfühlers 31 die Ist-Temperatur im Bereich der Sitzfläche (bzw. Lehnen­ fläche) und hält die Temperatur auf einem Sollwert konstant, der an einem Wählschalter 33 einstellbar ist. Die Temperaturre­ gelschaltung 29 und ihre Bedienungselemente können, wie Fig. 1 zeigt, in einem mit der Klimatisierungsmatte 9 zu einer Baueinheit verbundenen Paneel 35 untergebracht sein.

Die Peltier-Elemente sind in Gruppen miteinander verbunden, die sich örtlich nur über Teilbereiche 37 der Klimatisierungsmatte 9 erstrecken. Den einzelnen Teilbereichen sind Druckschalter 39 zugeordnet, die die Peltier-Elemente des zugeordneten Bereichs 37 nur dann einschalten, wenn der Teilbereich 37 tatsächlich von einer Person besetzt ist. Nicht besetzte Teilbereiche bleiben damit inaktiv, was den Energieverbrauch der Klimatisie­ rungsmatte mindert. Mittels eines weiteren Wählschalters 41 kann die Polarität der an die Peltier-Elemente 11 angelegten Spannung umgepolt werden, so daß die Klimatisierungsmatte 9 sowohl zur Sitzheizung als auch zur Sitzkühlung wahlweise eingesetzt werden kann.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines bei den Klimatisie­ rungsmatten der Fig. 1 und 2 einsetzbaren Druckschalters 39.

Der Druckschalter ist als Folienschalter ausgebildet, wobei eine der Folien 13 als Träger eines Kontaktelements 43 ausge­ nutzt wird, das eine Serienunterbrechung in der Serienschaltung der Peltier-Elemente 11 zu überbrücken erlaubt. Die Halbleiter­ körper 15, 17 des von dem Kontaktelement 43 zu überbrückenden Peltier-Elements 11' tragen lediglich Gegenkontaktstücke 45 aus Metall, die jedoch bei abgehobenem Kontaktelement 43 elektrisch nicht miteinander verbunden sind.

Claims (15)

1. Heizungs-Kühlmatte für einen Fahrzeugsitz, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch wenigstens eine im wesentlichen flexible, im Betrieb auf oder zumindest nahe einer die Körperkontaktfläche bilden­ den Deckfläche (5, 7) des Fahrzeugsitzes angeordnete Klimatisierungsmatte (9) mit einer Vielzahl entlang der Matte (9) verteilter, aus einer Bordnetz-Spannungsquelle (27) des Fahrzeugs speisbarer Peltier-Elemente (11).

2. Heizungs-Kühlmatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (11) auf wenig­ stens einer flächigen, flexiblen, jedoch in zumindest einer ihrer Flächenrichtungen dehnungssteifen Trägermate­ riallage (13, 21, 23) gehalten sind.

3. Heizungs-Kühlmattenach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (11) sandwichar­ tig zwischen zwei der Trägermateriallagen (13, 21, 23) gehalten sind.

4. Heizungs-Kühlmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (11) mit einer ihrer beiden Wärmetauschseiten in thermischem Kontakt zu ihrerseits in Wärmetauschkontakt zur Umgebungs­ luft stehenden Wärmeleitmitteln (23, 25) stehen.

5. Heizungs-Kühlmatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitmittel (23, 25) seitlich über den für die Peltier-Elemente (11) in der Klimatisie­ rungsmatte (9) vorgesehenen Bereich vorstehen und dort in Wärmetauschkontakt zur Umgebungsluft stehen oder mit wenigstens einem dort angeordneten Wärmetauschkörper (25) verbunden sind.

6. Heizungs-Kühlmatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitmittel (23) bzw. der Wärmetauschkörper (25) längs der Klimatisierungsmatte (9) gesehen seitlich des für den Körperkontakt bestimmten Flächenbereichs des Fahrzeugsitzes im Wärmetauschkontakt mit der Umgebungsluft stehen.

7. Heizungs-Kühlmatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitmittel (23) oder/und der Wärmetauschkörper (25) mit der Klimatisierungsmatte (9) fest zu einer Baueinheit verbunden sind.

8. Heizungs-Kühlmattenach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitmittel (13, 23) als flächige, längs der Klimatisierungsmatte sich erstreckende Materiallage ausgebildet sind.

9. Heizungs-Kühlmatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeleitende Materiallage (13, 23) aus flexiblem, jedoch zumindest in einer ihrer Flächenrichtungen dehnungssteifen Material besteht und zugleich die Peltier-Elemente (11) hält.

10. Heizungs-Kühlmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Klimatisierungsmatte (9) wenigstens ein bei Druckbelastung der Klimatisierungs­ matte (9) zumindest eine Teilanzahl der Peltier-Elemente (11) einschaltender, insbesondere in die Klimatisierungs­ matte (9) integrierter Schaltkontakt (39) zugeordnet ist.

11. Heizungs-Kühlmatte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (11) gruppenweise elektrisch miteinander verbunden, insbesondere in Reihe geschaltet, sind und den einzelnen Gruppen gesonderte Schaltkontakte (39) zugeordnet sind.

12. Heizungs-Kühlmatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Gruppe bildenden Peltier- Elemente (11) zusammen mit dem zugeordneten Schaltkontakt (39) örtlich benachbart angeordnet sind.

13. Heizungs-Kühlmatte nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkontakte (39) als Folienschalter ausgebildet sind.

14. Heizungs-Kühlmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bordnetz-Spannungs­ quelle (27) mittels eines Wählschalters (41) umpolbar an die Peltier-Elemente (11) angeschlossen ist.

15. Heizungs-Kühlmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Klimatisierungsmatte (9) als von dem Fahrzeugsitz abnehmbare Einheit ausgebil­ det ist.