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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Sitz bzw. Fahrzeugsitz mit einer solchen elektrischen Heizeinrichtung. Bei der elektrischen Heizeinrichtung wird mittels wenigstens eines Temperatursensors innerhalb eines durch eine Heizleiterschlaufe begrenzten Messfeldes ein Messwert ermittelt, um damit die aktuelle Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung zu erfassen.
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Um den Fahrkomfort während einer Autofahrt zu erhöhen, werden viele Automobile mit elektrischen Heizeinrichtungen, insbesondere mit Sitzheizungen, ausgestattet. Die Sitzheizung wird normalerweise durch Heizwiderstände im Sitz- und/oder Lehnenbereich des Fahrzeugsitzes gebildet, welche einen Heizleiterstrang umfassen und daraus ein Heizfeld formen. Die Funktionalität sowie Zuverlässigkeit der Sitzheizung sind dabei essentielle Qualitätsmerkmale. Um diese zu gewährleisten, und um zu hohe Heiztemperaturen zu verhindern, ist eine Temperaturerfassung erforderlich. Zu diesem Zweck kann innerhalb von zwei parallelen Heizleitersträngen des Heizfeldes ein Temperatursensor angebracht sein. Der Temperatursensor steht in direkter Verbindung zum Sitzheizungssteuergerät, welche die Temperaturmesswerte auswertet und die Wärme der Sitzheizung in gegebenen Fall anpasst. Um die Richtigkeit sowie die Aussagekräftigkeit des Temperatursensors sicher zu stellen, ist eine positionsgenaue Anbringung des Temperatursensors wichtig. Ist der Temperatursensor falsch positioniert, werden durch die aufgenommenen Messwerte vom Sitzheizungssteuergerät falsche Temperaturmesswerte errechnet, was zu einer unerwünschten Einstellung der Sitzheizungstemperatur führen kann. Wird die Temperatur zu hoch eingestellt, verringert sich der Sitzkomfort aufgrund der erzeugten Wärme auf dem Fahrzeugsitz. Als weitere Folge kann es zu einer Überhitzung der Sitzheizung kommen, was gefährliche Situationen, wie Verletzung des Fahrers oder Entfachung eines Brandes, auslösen kann. Wird eine zu kalte Temperatur der Sitzheizung erzeugt, führt dies wiederum zu einem eingeschränkten Komfort des Fahrers und in vielen Fällen zu Reklamationen der Sitzheizungsanlage. Auch in weiterten Anwendungsgebieten elektrischer Heizeinrichtungen ergibt sich das Problem, die Temperatur innerhalb des Heizfeldes in geeigneter Weise erfassen zu können, um die Wärmeeinstellung der Heizeinrichtung zu regulieren.
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Für die Exaktheit der vom Temperatursensor gelieferten Messwerte ist seine Positionierung innerhalb des Heizfeldes ein entscheidender Faktor. Die vorrangige Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine elektrische Heizeinrichtung bereit zu stellen, bei welcher die Generierung von verfälschten Messwerten des Temperatursensors weitestgehend dadurch vermieden werden soll, indem die Platzierung des Temperatursensors im Bereich des Heizfeldes optimiert wird, so dass die Messwerte des Temperatursensors möglichst reale Temperaturwerte zur optimalen Einstellung der Heizeinrichtung liefern können.
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Die obige Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die jeweiligen abhängigen Ansprüche beschrieben. Es hat sich als wesentlich für die Messwertgüte von Temperatursensoren bei gattungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtungen erwiesen, dass bei der Anbringung der Temperatursensoren eine bestimmte Positionierungsgenauigkeit eingehalten wird. Bei der Positionierung der Sensoren sind sehr enge Toleranzen einzuhalten, da eine zu große Nähe des Temperatursensors zu einem der Heizleiterbahnen oder -stränge unmittelbar eine Verfälschung der gelieferten Messwerte zur Folge haben kann. Gleiches gilt grundsätzlich bei einer zu großen Entfernung des Temperatursensors zu den stromdurchflossenen Heizleiterbahnen oder Heizleitersträngen. In solchen Fällen kann der Temperatursensor nicht exakt die Werte liefern, die dem tatsächlichen Temperaturniveau entsprechen, das in der Heizeinrichtung durch den definierten Stromfluss innerhalb der Heizleiterbahnen herrscht. Da es bei der Herstellung und bei der Verlegung der Heizleiterstränge zu Toleranzen und Schwankungen hinsichtlich ihres Verlaufs und der Maßhaltigkeit einzelner Abstände der Bahnen zueinander kommen kann, können zwangsläufig auch die Abstände zwischen den üblicherweise parallelen Heizleitersträngen, welche jeweils Heizleiterschlaufen bilden, nicht konstant sein. Demzufolge ist eine optimale Position des Temperatursensors in Frage gestellt, was grundsätzlich ein Qualitätsproblem für alle derartigen Heizeinrichtungen bilden kann. Dies hat oftmals eine mangelhafte Positionierung des Temperatursensors zu Folge. Ist der Abstand innerhalb der Heizleiterschlaufe, welche als Messschlaufe fungiert, zu eng beziehungsweise zu weit, würde dies zu einem zu hohen beziehungsweise zu niedrigen Messwert des Temperatursensors führen, was eine zu schwache beziehungsweise zu starke Erwärmung der Sitzheizung zur Folge hätte. Diese Positionierungsungenauigkeiten können potenziell einen hohen Ausschuss bei der Produktion derartiger Heizeinrichtungen, z. B. bei der Herstellung von Sitzheizungen verursachen, da viele der produzierten Heizeinrichtungen als mangelhaft zu gelten hätten.
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Um diese genannten Probleme zu beheben, schlägt die Erfindung eine elektrische Heizeinrichtung vor, welche aus mindestens einem Träger besteht und mindestens einen ohmschen Heizwiderstand umfasst sowie über mindestens einen Temperatursensor verfügt. Bei dem verwendeten Temperatursensor kann es sich beispielsweise um einen sog. NTC-Sensor (Negative Temperature Coefficient-Sensor) handeln, welcher normalerweise räumlich eng lokalisiert ist und sich daher zur Montage innerhalb solcher Heizeinrichtungen an ganz eng definierten Punkten eignet. Der Heizwiderstand weist dabei mindestens einen Heizleiterstrang auf, welcher am oder im Träger bahn-, kurven- und/oder mäanderförmig verlegt ist, um dadurch ein flächiges Heizfeld aufzuspannen, das bspw. einen großen Bereich einer Sitz- oder Lehnenfläche eines Fahrzeugsitzes abdecken kann. Weiterhin umfasst der Heizleiterstrang mindestens eine Messschlaufe. Die Messschlaufe wird durch wenigstens zwei voneinander beabstandete und an einem Ende jeweils elektrisch leitend miteinander verbundene Heizleiterabschnitte gebildet. D. h., die Messschlaufe, wie sie im vorliegenden Zusammenhang verstanden werden soll, ist durch insgesamt drei miteinander verbundene Heizleiterabschnitte gebildet, die an einer vierten Seite eine Öffnung bilden, da die Heizleiterabschnitte dort in kurvenförmigem oder geknicktem Verlauf jeweils voneinander weg weisen oder voneinander weg führen. Diese solcherart zu einer Messschlaufe geformten Heizleiterabschnitte sind um mindestens einen Temperaur-Sensor herum verlegt und definieren dadurch ein abgegrenztes Messfeld.
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Der mindestens eine Temperatursensor ist an einer bestimmten Messposition innerhalb des von der Messschlaufe aufgespannten Messfeldes so platziert, dass er zum einen ungefähr gleiche Abstände von den benachbarten Heizleiterabschnitten der Messschlaufe aufweist, und zum anderen in Abhängigkeit von einer durch das Messfeld gebildeten Fläche in größerem oder kleinerem Abstand zu einer Öffnung der Messschlaufe positioniert ist. Der Temperatursensor soll hierdurch in die Lage versetzt sein, elektrische Messwerte zu liefern, durch welche die aktuellen Temperaturen der elektrischen Heizeinrichtung ermittelt werden können. Der Temperatursensor ist innerhalb des Messfeldes der Heizleiterschlaufe so angebracht, dass die Korrelation zwischen dem erfassten Temperaturmesswert und der tatsächlichen, über die Fläche des Heizfeldes gemittelten Temperatur auf einem der individuellen Heizeinrichtung angepasstem Optimum innerhalb des genannten Messfeldes entspricht.
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Das Messfeld, in welchem der Temperaturmesswert ermittelt werden soll, umfasst eine Fläche eines bestimmten Betrages. Diese Fläche wird dabei von einem definierten Bereich innerhalb der Heizleiterschlaufe, in dem auch der Temperatursensor platziert ist, vorgegeben. Dieser Bereich kann beispielsweise durch den Heizleiterabschnitt begrenzt werden, welcher dem parallelen Verlauf der Heizleiterstränge innerhalb der Heizleiterschlaufe voran geht. In Abhängigkeit dieses Betrags wird dem Temperatursensor eine bestimmte Position im Bereich des Messfeldes zugeordnet, in welchem er bestenfalls platziert werden soll.
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Idealerweise verlaufen die Heizleiterabschnitte innerhalb einer Heizleiterschlaufe für einen gewissen Abschnitt zumindest annähernd parallel. Dennoch ist es denkbar, dass die Heizleiterstränge, welche das Messfeld bilden sollen, bogenförmig, mit konkaven Bogenseiten zueinander weisend ausgebildet sind, ein einseitig offenes Oval oder ein Kreissegment bilden. Je nach vorliegender Situation muss daher die Fläche des Messfeldes individuell definiert werden.
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Innerhalb des Messfeldes soll der Temperatursensor im Interesse einer besseren Reproduzierbarkeit der Positionierung sowie auch der anschließend gelieferten Messwerte so angebracht werden, dass der Abstand zu den Heizleitersträngen auf beiden Seiten zumindest nahezu gleich ist. Der Abstand zu dem die Heizleiterstränge verbindenden Abschnitt sowie zur Öffnung der Heizleiterstränge ist jeweils in Abhängigkeit der Fläche des Messfeldes variabel. Idealerweise sind die Heizleiterabschnitte des Messfeldes in einem Abstand zwischen 5 und 10 mm zueinander angeordnet. Bei einem kreis- oder bogenförmigen Verlauf können die Abstände jedoch auch größer, an einzelnen Abschnitten auch kleiner sein, ohne dass dies die Funktion der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung beeinträchtigt.
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Bei der Verlegung des Heizleiterstrangs auf oder in dem Träger sind Toleranzangaben zu beachten, um im besten Falle einheitliche Heizleiterschlaufen zu erzeugen. Für die ideale Positionierung des Temperatursensors in einer der als Messfeld gewählten Heizleiterschlaufen muss der genaue Verlauf der parallelen Heizleiterstränge innerhalb der Heizleiterschlaufe genau bekannt sein. Durch eine Erfassung des Verlaufs sowie des Abstandes der beiden parallelen Heizleiterstränge kann eine ideale Befestigungsposition für den Temperatursensor errechnet werden. Dabei kann sich ein von Bauteil zu Bauteil unterschiedlicher individueller Idealwert zur Befestigungsposition des Temperatursensors ergeben. Die Erfassung des Verlaufs der Heizleiterstränge kann beispielsweise durch ein Kamerasystem oder auf vergleichbare Weise vorgenommen werden, wessen Daten anschließend von einem geeigneten Programm ausgewertet und an das Heizungssteuergerät weiter geleitet werden.
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In vielen Fällen müssen die Temperatursensoren aus produktionstechnischen Gründen manuell, d. h. per Hand durch eine Montagekraft, angebracht werden. Für die Positionierung des Temperatursensors werden in diesem Arbeitsschritt bestimmte Toleranzen vorgeschrieben. Im Fall einer geforderten Positionierung des Temperatursensors innerhalb einer engeren Toleranzgrenze ist eine manuelle Anbringung nur sehr schwierig verwirklichbar beziehungsweise würde durch eine möglicherweise mangelhafte Positionierung des Temperatursensors außerhalb der Toleranzgrenze das Ausschussvorkommen erhöhen. Durch Bestimmung des tatsächlichen Verlaufs der Heizleiterschleife und eine Berechnung der idealen Befestigungsposition des Temperatursensors kann dies vermieden und eine Erweiterung der Toleranzgrenze zur Anbringung der Temperatursensoren erlaubt werden, da durch den bekannten exakten Verlauf der Heizleiterschlaufe dessen Verlaufstoleranzen nicht beachtet werden müssen. Ein idealer Befestigungspunkt kann nach dessen Berechnung beispielsweise mittels eines von einem Laserpointer erzeugten Lichtpunktes oder auf eine vergleichbare Art angedeutet werden, welcher bei der manuellen Positionierung des Temperatursensors als Anhaltspunkt genutzt werden kann. Somit kann ein einfacherer, schnellerer und wirtschaftlicherer Positionierungsprozess bereitgestellt werden. Nach dem gegebenenfalls manuellen Befestigungsvorgang kann die Ist-Position des Temperatursensors erfasst und die Richtigkeit der Befestigungsposition überprüft werden, um mangelhafte Heizeinrichtungen auszusortieren.
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Diese Vorgehensweise minimiert einerseits das Ausschussvorkommen; zudem kann durch die ideale Positionierung des Temperatursensors eine einheitlichere Oberflächentemperatur für die erzeugten elektrischen Heizeinrichtungen garantiert werden. Für eine genauere Überwachung der Temperatur der individuellen elektrischen Heizeinrichtung ist auch die Anbringung mehrerer Temperatursensoren in unterschiedlichen Heizleiterschlaufen denkbar.
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Die erfindungsgemäße elektrische Heizeinrichtung kann beispielsweise in einen Fahrzeugsitz integriert werden, insbesondere in dessen Sitzpolster und/oder im Lehnenpolster.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen elektrischen Heizeinrichtung.
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2A zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Details aus 1.
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2B zeigt eine Detailansicht einer Platzierung eines Temperatursensors.
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2C zeigt eine weitere Detailansicht einer Platzierung des Temperatursensors.
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2D zeigt eine weitere Detailansicht der Platzierung des Temperatursensors.
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In der schematischen Darstellung der 1 ist ein Sitzbereich eines Fahrzeugsitzes 10 angedeutet. Im innliegenden Bereich ist in einem Träger 12, der einen inneren Sitzbereich bildet, eine elektrische Heizeinrichtung 14 in Form einer Sitzheizung 15 angebracht. Die die Sitzheizung 15 bildende elektrische Heizeinrichtung 14 wird von einer Vielzahl von miteinander verbundenen Heizleitersträngen 16 aufgespannt. Für eine ideale Funktionsweise formen die Heizleiterstränge 16 sog. Heizleiterschlaufen 18. Zumindest eine dieser Heizleiterschlaufen 18 wird als Messschlaufe genutzt, in welcher sich ein Messfeld 20 aufgespannt. Im Messfeld 20 soll ein Temperatursensor 22 in Gestalt eines NTC-Sensors, umfassend einen NTC-Sensorkopf 24, an welchem die Temperaturen innerhalb der Sitzheizung 15 gemessen werden, platziert werden. Dies kann in vergrößerter Darstellung in 2A erkannt werden.
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Idealerweise wird die Heizleiterschlaufe 18 von parallelen Heizleitresträngen 16 im beispielhaften Abstand von ca. 7 mm aufgespannt, wie in 2B dargestellt. Ein nicht abgebildetes Kamerasystem erfasst den exakten Verlauf der Heizleiterstränge 16 und errechnet über eine Software eine ideale Befestigungsposition für die Anbringung des Temperatursensors 22 bzw. des NTC-Sensors. Der NTC-Sensorkopf 24 wird bei diesem erfassten Abstand der Heizleiterstränge 16 von 7 mm idealerweise in einer Tiefe von 21 mm im Messfeld 20 platziert, gemessen von der Öffnung 26 der Heizleiterschlaufe 18, die sich in den Darstellungen der 2 jeweils unten befindet. Über den Punkt eines Laser-Pointers wird diese Befestigungsposition als Anhaltspunkt für die Anbringung des Temperatursensors 22 bzw. des NTC-Sensors abgebildet. Der Temperatursensor 22 bzw. NTC-Sensor kann anschließend schnell und einfach manuell angebracht werden und ist ideal im Messfeld 20 positioniert, um Temperaturmesswerte zu erfassen, durch welche die tatsächliche Temperatur der Sitzheizung 15 berechnet werden kann. Dadurch wird eine ideale Einstellung der Temperatur der Sitzheizung 15 ermöglicht.
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Die 2C stellt einen weiteren möglichen Fall dar. Hier misst der Abstand der parallelen Heizleiterstränge 16 in der Heizleiterschlaufe 18 nur 6 mm. Das Kamerasystem erfasst wiederum den exakten Verlauf der Heizleiterstränge 16 und errechnet die ideale Befestigungsposition für die Anbringung des NTC-Sensors 22, umfassend den NTC-Sensorkopf 24, welche nun in einer Tiefe von 19 mm im Messfeld 20 liegt, gemessen wiederum von der unteren Öffnung 26 der Schlaufe 18. Durch diese Vorgehensweise wird garantiert, dass der NTC-Sensor 22 trotz der schmäleren Heizleiterschlaufe 18 gleichermaßen von den Heizleitersträngen 16 erwärmt wird, wie im idealen Fall, welcher in 2B beschrieben wird. Dadurch wird eine Falschberechnung der tatsächlichen Temperatur der Sitzheizung 15 vermieden.
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In 2D ist ein Fall zu sehen, bei welchem der Abstand der parallelen Heizleiterstränge 16 in der Heizleiterschlaufe 18 einen beispielhaften Wert von 8 mm aufweist, also größer als beim Idealfall ist. Nachdem das Kamerasystem den exakten Verlauf der Heizleiterstränge 16 erfasst hat, ergibt sich eine ideale Befestigungsposition für die Anbringung des NTC-Sensors 22 von 23 mm im Messfeld 20, gemessen von der unteren Öffnung 26 der Schlaufe 18. Somit wird auch in diesem Fall eine ideale, in 2B beschriebene, Erwärmung des NTC-Sensors 22 garantiert.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrzeugsitz
- 12
- Träger
- 14
- elektrische Heizeinrichtung
- 15
- Sitzheizung
- 16
- Heizleiterstränge
- 18
- Heizleiterschlaufe
- 20
- Messfeld
- 22
- Temperatursensor, NTC-Sensor
- 24
- NTC-Sensorkopf
- 26
- Öffnung
- 30
- Schritt 1
- 32
- Schritt 2
- 34
- Schritt 3
