DE20121994U1 - Heizungsvorrichtung füe eine Fahrzeugkomponente - Google Patents

Heizungsvorrichtung füe eine Fahrzeugkomponente

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Description

Heizungsvorrichtung für eine Fahrzeugkomponente
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Heizungsvorrichtung für eine Komponente des Fahrzeugbereichs, zu der ein Heizelement und eine Einrichtung für die Stromeinspeisung in das Heizelement gehören. Die Erfindung ist im Besonderen zur Anwendung für das Heizen von elektrisch heizbaren Sitzen für Fahrzeuginsassen bestimmt.
Moderne Fahrzeuge werden zur Gewährleistung des Komforts und der Sicherheit mit elektrisch heizbaren Sitzen ausgestattet. Der Fahrersitz wie auch die anderen Sitze im Fahrzeug sind mit Hilfe von speziellen Heizelementen in Form eines oder mehrerer elektrisch leitender Heizdrähte heizbar, die als eine oder mehrere Schleifen in dem jeweiligen Sitz angeordnet werden. In der Regel wird ein solcher Heizdraht bei der Fertigung in das Sitzpolster und die dazugehörige Rückenlehne eingebaut. Der Heizdraht ist des Weiteren an eine Einheit für die Stromeinspeisung angeschlossen, die Strom abgibt. So lässt sich der Heizdraht auf eine entsprechende Temperatur erwärmen.
Es ist wünschenswert, dass der jeweilige Sitz an seiner Oberfläche, d. h. an der Oberfläche, mit der die Fahrzeuginsassen in Kontakt kommen, eine genau eingestellte Temperatur aufweist. Zu diesem Zweck kann die Temperatur des Heizdrahtes mit Hilfe eines Temperatursensors, der in unmittelbarer Nähe des Heizelements angeordnet und an eine zentrale Steuereinheit angeschlossen ist, geregelt werden. Die Isttemperatur lässt sich durch Einsatz des Temperatursensors und der Steuereinheit bestimmen. Bestandteil der Steuereinheit sind auch z. B. in Transistor- oder Relaistechnologie ausgeführte Stromversorgungsschaltungen zur Stromversorgung des Heizelements. Somit ist die zentrale Steuereinheit so ausgelegt, dass ein bestimmter Strom in den Heizdraht eingespeist wird, bis ein bestimmter Solltemperaturwert erreicht ist. Die Einstellung dieses Sollwertes kann entweder mit Festwiderständen oder mit einem Einstellpotentiometer erfolgen, das durch den Fahrzeuginsassen eingestellt wird.
Wird das oben beschriebene Regelungsverfahren angewendet, so kann so lange Strom in den Heizdraht eingespeist werden, bis die zentrale Steuereinheit anzeigt, dass der Sollwert erreicht ist. Dann wird die Stromeinspeisung abgeschaltet. Dadurch kühlt sich der Heizdraht
schrittweise ab. Hat sich der Heizdraht so weit abgekühlt, dass seine Temperatur wieder unter dem Sollwert liegt, erfolgt erneut die Stromeinspeisung in den Heizdraht. So wird die Temperaturregelung so lange fortgesetzt, wie das System in Betrieb ist.
Dem Stand der Technik entsprechend besteht der vorstehend genannte Heizdraht aus einem Drahtbündel mit einer relativ großen Anzahl von Drähten (beispielsweise 15 bis 150), sogenannten Litzen. Diese Litzen werden von dünnen elektrisch leitenden Drähten gebildet, die verflochten oder so zu Bündeln zusammengefasst sind, dass sie insgesamt den vollständigen Heizdraht ergeben. Jede einzelne Litze kann einen Durchmesser von etwa 0,05 mm aufweisen. Die entsprechenden Enden des Heizdrahtes, d. h. die entsprechenden Endabschnitte einer jeden Litze, sind an die vorstehend genannte Steuereinheit angeschlossen, wodurch die Stromeinspeisung in den Heizdraht möglich wird.
Obwohl der bereits bekannte Heizdraht in der Regel eine zuverlässige Heizung und Temperaturregelung einer Einrichtung wie beispielsweise eines Fahrzeugsitzes ermöglicht, weist er auch bestimmte Nachteile auf. Ein solcher Nachteil besteht darin, dass an verschiedenen Litzen mit der Zeit Verschleiß auftreten kann, und zwar in solch einem Maße, dass die Gefahr besteht, dass eine oder mehrere Litzen reißen, was schließlich zu einer Unterbrechung der entsprechenden Litze führt. Treten bei mehreren Litzen an nahezu derselben Stelle des Heizdrahtes Unterbrechungen auf, kommt es zu einer örtlichen Verringerung des Gesamtleitungsquerschnitts des Heizdrahtes, was seinerseits eine örtliche Widerstandserhöhung des Heizdrahtes an der Unterbrechungsstelle mit sich bringt. Eine Widerstandserhöhung wiederum führt zu einem verstärkten Spannungsabfall an der Unterbrechungsstelle, da der durch den Heizdraht fließende Strom konstant gehalten wird.
Der oben genannte Zustand führt so zu einer erhöhten Temperatur an der Unterbrechungsstelle. Bei einer großen Anzahl gerissener Litzen kommt es zu einem starken Temperaturanstieg an der Unterbrechungsstelle. Dieses Problem, das so genannte Problem der „Wärmestaustellen", bedeutet einen örtlichen Temperaturanstieg im Sitz, der von der in dem jeweiligen Sitz sitzenden Person als unangenehm empfunden wird und der gar den Sitz beschädigen kann.
Das Problem konnte teilweise dadurch gelöst werden, dass ein Heizdraht in Form einer Anzahl von parallelen, gesondert parallel miteinander verbundenen Leitern verteilt im Sitz angeordnet wurde. Die Enden aller dieser parallel angeordneten Leiter wurden dann an zwei quer geführte Leiter angeschlossen, die an die Steuereinheit angeschlossen waren.
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Ein Nachteil dieser Anordnung ist die notwendige Vielzahl von Anschlusspunkten zwischen den einzelnen Leitern, die den Herstellungsprozess kostenungünstig und kompliziert machen.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Heizungsvorrichtung für einen Fahrzeugsitz zur Verfügung zu stellen, durch die die Gefahr des Auftretens der vorstehend genannten „Wärmestaustellen" beseitigt werden kann. Dies wird mit Hilfe einer Vorrichtung erreicht, deren Merkmale aus dem zugehörigen Anspruch 1 hervorgehen.
Die Erfindung betrifft eine Heizungsvorrichtung für eine Komponente des Fahrzeugbereichs, zu der ein Heizelement und eine Einrichtung für die Stromeinspeisung in das Heizelement gehören. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement als Heizdraht ausgeführt ist, der von einer Anzahl zusammengehaltener Litzen besteht, von denen eine bestimmte Anzahl mit einer gesonderten elektrischen Isolierung versehen sind.
Die Erfindung bedeutet einen wesentlichen Vorteil, denn die Gefahr des vorstehend genannten Problems der „Wärmestaustellen" wird beseitigt, da alle isolierten Litzen elektrisch parallel miteinander verbunden sind.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Heizelement aus einem Heizdraht, der von einer relativ großen Anzahl von Litzen, beispielsweise 15 bis 150 Stück, gebildet wird. Der Vorteil besteht dabei darin, dass die notwendigen Voraussetzungen für eine lange Lebensdauer des gesamten Heizelements geschaffen werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen werden aus den zugehörigen abhängigen Ansprüchen verständlich.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines bevorzugten Beispiels einer Ausführungsform und mit den zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Übersichtsschaltplan einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Heizdrahtes und
Fig. 3 das Prinzip, nach dem der Heizdraht erfindungsgemäß elektrisch angeschlossen ist.
Fig. 1 zeigt ein Übersichtsschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform ist die Erfindung zur Anwendung für heizbare Sitze im Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung in Fahrzeugen beschränkt. In der Figur ist das Prinzip einer Steuereinheit 1 gezeigt, deren Bestandteile und Anschlüsse mit Strichlinien dargestellt sind. In der Figur sind nicht sämtliche Komponenten der Steuereinheit 1 gezeigt, sondern nur diejenigen, die zum Verständnis der Erfindung nötig sind.
Die Steuereinheit 1 ist zum Einspeisen eines bestimmten Stroms I in ein Heizelement 2 ausgelegt. Dieses Heizelement 2 besteht entsprechend der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung aus einer Anzahl elektrischer Leiter, die mit ihrem elektrischen Widerstand einen Heizdraht bilden, der als eine Leiterschleife verlegt ist. Entsprechend der Ausführungsform ist der Heizdraht 2 in einem Fahrzeugsitz angeordnet, hauptsächlich im Sitz 3 (der in Figur 1 mit einer Strichlinie dargestellt ist), und vorzugsweise in einer Mäanderschleife, alternativ in S-Form oder nach einem anderen sich über eine größere Fläche des Sitzes 3 erstreckenden Muster verlegt. Der Heizdraht 2 kann zudem in der Rückenlehne des Fahrzeugsitzes (in Figur 1 nicht gezeigt) eingebaut sein.
Obwohl Figur 1 mit einem einzigen Heizdraht 2 dargestellt wird, ist es möglich, mehrere solcher Drähte an die Steuereinheit 1 anzuschließen, beispielsweise in Form gesonderter Heizdrähte für das Sitzpolster des Sitzes 3 und für die Rückenlehne des Sitzes. Werden mehrere Heizdrähte eingesetzt, so können diese parallel oder alternativ in Reihe an die Steuereinheit angeschlossen werden.
Entsprechend der Darstellung in Figur 1 ist der Heizdraht 2 über zwei Anschlüsse 4 bzw. an die Steuereinheit 1 angeschlossen, wobei der letztere Anschluss 5 auch über eine Verbindung mit dem Fahrzeugfahrgestell an Masse angeschlossen ist. Zusammen mit dem Heizdraht 2 ist auch ein Geber in Form eines Temperatursensors 6 vorgesehen, der elektrisch mit der Steuereinheit 1 über den vorstehend genannten Masseanschluss 5 und einen weiteren Anschluss 7 verbunden ist. Der Temperatursensor 6 besteht vorzugsweise aus einem NTC-Thermistor (Halbleiterwiderstand mit negativem Temperaturkoeffizienten) mit einem temperaturabhängigen Widerstand, der der Temperatur T entspricht, die momentan im Zusammenhang mit dem Heizdraht 2 herrscht. Der Temperatursensor 6 kann sich unmittelbar am Heizdraht 2 oder in der Nähe des Heizdrahtes 2, beispielsweise zwischen den zwei Leitungen befinden, die die Schleife bilden, in der der Heizdraht 2 verlegt
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ist. Die spezifische Anordnung des Temperatursensors 6 kann somit innerhalb des Bereichs der Erfindung variieren.
Zudem ist über einen weiteren Anschluss 9 eine Stromquelle 8 an die Steuereinheit 1 angeschlossen. Die Stromquelle 8 besteht vorzugsweise aus der Starterbatterie des Fahrzeugs.
Zu dem System gehört ferner ein Ein-/Aus-Schalter 10, der vorzugsweise in das Zündschloss des Fahrzeugs (nicht dargestellt) integriert ist. Der Schalter 10 ist mit einem weiteren Anschluss 11 der Steuereinheit 1 verbunden. Die Steuereinheit 1 ist in bekannter Art ausgelegt, so dass sie aktiviert wird, wenn der Schalter 11 eingeschaltet ist und somit das Heizen des Heizelements 2 zulässt.
Bestandteil der Steuereinheit 1 ist ein Logikbaustein 12, bei dem es sich vorzugsweise um einen computergestützten Logikbaustein handelt, der aber auch aus bekannten elektronischen Schaltungen aufgebaut sein kann. Der Logikbaustein 12 ist über die Anschlüsse 5, bzw. 11 mit dem Heizdraht 2, dem Temperatursensor 6 und dem Schalter 10 verbunden. Mit dem Logikbaustein 12 wird ein Temperaturwert T bestimmt, der dem Signal entspricht, das vom Temperatursensor 6 abgegeben wird.
Ein weiterer Bestandteil der Steuereinheit 1 ist eine Schalteinheit 13, die mit dem Logikbaustein 12 verbunden ist. Sie speisen den Heizdraht 2 in Abhängigkeit von den vom Logikbaustein 12 gelieferten Signalen mit dem Strom I. Der Logikbaustein 12 ist ferner über einen weiteren Anschluss 15 an eine Einstelleinheit 14 angeschlossen. Mit der Einstelleinheit 14 kann der auf dem Sitz 3 sitzende Fahrzeuginsasse z. B. die Solltemperatur für den Sitz einstellen, die dann einem berechneten Wert einer gewünschten Solltemperatur T8 im Logikbaustein 12 zur Regelung des Betriebs des Heizdrahtes 2 entspricht.
Der Logikbaustein 12 dient so der Bestimmung der Werte der örtlichen Temperatur T am Temperatursensor 6, die einem Widerstandswert des Temperatursensors 6 entspricht, der seinerseits der Isttemperatur T entspricht. Sinkt die Isttemperatur T unter den gewünschten Sollwert TB ab, die gleich der Solltemperatur an der Oberfläche des Sitzes 3 ist, steuert der Logikbaustein 12 die Schalteinheit 13 an, die dann für die Einspeisung von Strom in den Heizdraht 2 sorgt. Wird der Sollwert TB erreicht, unterbricht der Logikbaustein 12 die Stromeinspeisung in das Heizelement 2 über die Schalteinheit 13.
Es soll nun die Hauptfunktion der Erfindung beschrieben werden, und zwar hauptsächlich unter Bezugnahme auf die Figur 2, die das Aufbauprinzip eines erfindungsgemäßen Heizdrahtes 2 zeigt. Es gehört beispielsweise angesichts des vorstehend genannten Problems der „Wärmestaustellen" im Zusammenhang mit Heizdrähten einer bereits bekannten Art zu einem Grundprinzip der vorliegenden Erfindung, dass der Heizdraht 2 aus einer bestimmten Anzahl, z. B. 15 bis 150, relativ dünnen Drähten, so genannten Litzen 16 besteht, von denen eine vorwiegende Anzahl mit Hilfe einer dünnen Isolierhülle 17 einzeln elektrisch isoliert ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend genannte Anzahl beschränkt, sondern es sind Abweichungen nach oben oder nach unten denkbar, die sich je nach der entsprechenden Anwendung ergeben und die von den Anforderungen an die Lebensdauer, Leistung und Funktion abhängig sind. Bei der Auslegung eines Heizelements und bei der Auswahl der Komponenten für das System ist unter anderem die festgelegte Leistung zu berücksichtigen, die vom Heizelement abgegeben werden soll. Durch die Wahl einer bestimmten Leistung wird wiederum ein Maß einer entsprechenden Gesamtquerschnittsfläche des Heizdrahtes 2 vorgegeben (wobei ein bestimmter spezifischer Widerstand des Heizdrahtes vorausgesetzt wird). Die Erfindung basiert des Weiteren darauf, dass eher eine relativ große Anzahl dünner Litzen als eine relativ kleine Anzahl dicker Litzen gemeinsam den Heizdraht 2 bildet. Dadurch werden Vorteile, z. B. eine lange Lebensdauer des Heizdrahtes 2, erzielt. Eine relativ große Anzahl dünner Litzen 16 bildet auch die notwendige Voraussetzung dafür, dass sie in einem Sitz eingenäht werden können, ohne dass es dabei zu Fehlern kommt, beispielsweise die Nadeln während des Nähens in die Litzen stechen und diese beschädigen. So kann allgemein gesagt werden, dass die jeweilige Anzahl der Litzen 16 der entsprechenden Anwendung in Übereinstimmung mit den aufgestellten Forderungen, beispielsweise hinsichtlich der Lebensdauer des Heizelements, festgelegt wird.
Die Litzen 16 sind in bereits bekannter Weise elektrisch leitend und zu diesem Zweck aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie Kupfer, nichtrostendem Stahl oder einem anderen geeigneten Metall oder einer Metalllegierung mit guter Leitfähigkeit gefertigt. Die Isolierhüllen bestehen vorzugsweise aus einer Decklackschicht oder einem anderen elektrisch isolierenden Werkstoff.
Wie aus Figur 2 hervorgeht, sind die Litzen 16 mit ihren Isolierhüllen 17 gebündelt oder verflochten und bilden so den gesamten Heizdraht 2. In der Figur ist der Heizdraht 2 abgetrennt dargestellt, wobei eine Litze 16 mit ihrer Isolierhülle 17 über den anderen abgetrennten Teil des Heizdrahtes 2 hervorsteht. Die zu einem Bündel zusammengefassten
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Litzen 16 sind in geeigneter Weise von einer Schutzhülle 18 umgeben, was im Prinzip jedoch nicht notwendig ist.
Das oben genannte Problem der „Wärmestaustellen" kann dadurch überwunden werden, dass jede Litze 16 mit der elektrisch isolierenden Hülle 17 versehen ist. Da die einzelnen Litzen 16 nicht miteinander in elektrischem Kontakt stehen, fließt auch ein im Wesentlichen gleich starker Strom durch jede einzelne Litze 16, wenn der Heizdraht 2 mit Strom gespeist wird. Im Falle einer Unterbrechung, beispielsweise einer einzelnen Litze, führt dies nicht zu einer lokalen Erhöhung des Widerstands des Heizdrahtes 2, da die von einer Unterbrechung betroffenen Litzen nicht mit den Litzen in Kontakt sind, durch die Strom fließt. Aus diesem Grunde dürfte entlang des Heizdrahtes 2 kein lokaler Temperaturanstieg auftreten.
Die Funktionsweise der Erfindung ist auch aus Figur 3 ersichtlich, die schematisch ein mögliches Beispiel mit fünf isolierten Litzen 16 zeigt, die als elektrisch parallel miteinander verbunden zu betrachten sind. Die Enden aller Litzen 16 werden, wenn die Steuereinheit 1 für die Stromeinspeisung in diese Litzen 16 ausgelegt ist, mit der Steuereinheit 1 über die Anschlüsse 4 und 5 verbunden (siehe Fig. 1). Bei Anwendung dieser Parallelverbindung fließt bei erfolgender Stromeinspeisung ein bestimmter Strom durch die jeweiligen Litzen Sollte beispielsweise bei einer Litze eine Unterbrechung auftreten, so fließt immer noch ein gleich starker Strom durch die vier noch intakten Litzen. So kommt es an der Unterbrechungsstelle im Heizdraht 2 zu keinem örtlich erhöhten Widerstand, so dass folglich das Risiko der „Wäremstaustelle" beseitigt ist.
Wenn wir uns erneut Figur 2 zuwenden, so ist daraus ersichtlich, dass alle Litzen 16 im Heizdraht 2 mit einer Isolierhülle 17 versehen sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sie kann vielmehr auch so angewendet werden, dass zumindest eine bestimmte kleinste Anzahl der Litzen isoliert ist. Diese kleinste Anzahl wird je nachdem ausgewählt, wie viele nicht isolierte Litzen dann vorhanden wären, die zum Problem der „Wärmestaustellen" führen könnten (d. h. bei Unterbrechung einer oder mehrerer nicht isolierter Litzen).
Auch die Stellen für die Litzen, die dann innerhalb des Heizdrahtes 2 nicht isoliert sind, können erfindungsgemäß unter dem Aspekt des Risikos der „Wärmestaustellen" ausgewählt werden. Wenn beispielsweise bei einigen Litzen erfahrungsgemäß bekannt ist, dass sie einem größeren Risiko einer Unterbrechung ausgesetzt sind als andere, so wird darauf geachtet, dass zumindest die Litzen isoliert werden, bei denen das Risiko von
Unterbrechungen am geringsten eingeschätzt wird. Wenn z. B. fünf von zwanzig Litzen Brüche aufweisen und wenn der Heizdraht 2 so aufgebaut ist, dass die Litzen mit den
Brüchen nicht isoliert sind und die übrigen fünfzehn Litzen isoliert sind, so ist offenkundig, dass das Problem der „Wärmestaustellen" nicht droht, da weitere Litzen, die möglicherweise reißen, isoliert sind.
Die Erfindung kann alternativ so angewendet werden, dass der Heizprozess des
Heizelements von einem Thermostaten gesteuert wird. Dann werden die oben genannten Einheiten wie die Steuereinheit, der Temperatursensor usw. nicht mehr benötigt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehende Beschreibung begrenzt, es sind verschiedene Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche denkbar. Die Erfindung kann im Prinzip beispielsweise auch zum Heizen anderer Sitze als Fahrzeugsitze
angewendet werden. Des Weiteren kann die Anzahl der Litzen des Heizdrahtes variieren. Zudem kann die Erfindung zum Heizen anderer Komponenten als der Sitze angewendet werden, so z. B. von Instrumententafeln und ähnlichen Komponenten, deren Oberflächen beheizt werden sollen.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Heizen einer Komponente (3) des Fahrzeugbereichs, zu der ein Heizelement (2) und eine Einrichtung zur Einspeisung des Stroms (I) in das Heizelement (2) gehören, wobei das Heizelement (2) als Heizdraht ausgeführt ist, der seinerseits aus einer Anzahl zusammengehaltener Litzen (16) besteht, von denen eine bestimmte Anzahl mit einer gesonderten elektrischen Isolierung (17) versehen ist, und wobei die isolierten Litzen (16) elektrisch parallel miteinander verbunden und mit ihren entsprechenden Enden an die Einrichtung zur Einspeisung des Stroms (I) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung (17) aus einer elektrisch isolierenden Lackschicht besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Litzen (16) im Heizdraht (2) mit gesonderter Isolierung (17) entsprechend den Anforderungen hinsichtlich des maximal zulässigen Temperaturanstiegs des Sitzes (3) als Folge einer möglichen Unterbrechung einer oder mehrerer Litzen (16) gewählt wird.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Litzen (16), die Bestandteil des Heizdrahtes (2) sind, eine gesonderte elektrische Isolierung (17) aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (16) elektrisch parallel miteinander verbunden sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Litzen (16) im Allgemeinen 15 bis 150 beträgt.
6. Heizelement (2) zum Heizen eines Sitzes (3) durch Einspeisen des Stroms (I) in das Heizelement (2) in Abhängigkeit von einem festgelegten Sollwert TB, wobei das Heizelement (2) als Heizdraht ausgeführt ist, der seinerseits aus einer Anzahl zusammengehaltener Litzen (16) besteht, von denen eine bestimmte Anzahl eine gesonderte elektrische Isolierung (17) aufweist, und wobei die isolierten Litzen (16) elektrisch parallel miteinander verbunden sind und mit ihren jeweiligen Enden an die Einrichtung zur Einspeisung des Stroms (I) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolierung (17) aus einer elektrisch isolierenden Lackschicht besteht.
7. Heizelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Litzen (16) im Allgemeinen 15 bis 150 beträgt.
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