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Die vorliegende Neuerung betrifft
eine solarbetriebene Sicherheitslüftungsanlage für Fahrzeuginnenräume zum
Abführen
erwärmter
Luft aus dem Fahrzeuginnenraum unter Nutzung von mit Photovoltaikelementen
gewonnener Elektroenergie, die mit mindestens einem Lüfter zum
Abführen
der erwärmten
Luft aus dem Fahrzeuginnenraum ausgestattet ist.
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Die solarbetriebene Sicherheitslüftungsanlage
findet überall
dort Anwendung, wo Fahrzeuginnenräume infolge starker Sonneneinwirkung
einer erhöhten
Wärmebelastung
ausgesetzt sind. Sie dient weniger der Klimatisierung von Fahrzeugen,
sondern vielmehr der Vermeidung einer übermäßigen Erhitzung des Fahrzeuginnenraums.
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Aus der
DE 199 03 769 C2 ist ein
Verfahren zum Stand-Klimatisieren eines Kraftfahrzeuges bekannt.
Dieses Verfahren beschreibt die Möglichkeit, ein Kraftfahrzeug
mittels Klimaanlage unter Nutzung von Solarenergie zu klimatisieren,
wobei ein Solarmodul auf dem Fahrzeugdach angebracht ist. Zum Standbetrieb
der Klimaanlage wird durch die von Solarzellen bereitgestellte Energie
die Fahrzeugbatterie aufgeladen, so dass die Klimaanlage zeitweise
unabhängig
vom Motor betrieben werden kann. Dass die Nutzung dieses Verfahrens
in Abhängigkeit
zu einer Klimaanlage steht, ist als kritikwürdig anzusehen, da die Klimaanlage
fehleranfällig
ist und einen hohen Energieverbrauch hat. Die Klimaanlage kann daher im
Standbetrieb des Fahrzeuges nur eine kurze Zeit betrieben werden.
Sobald eine Minimalkapazität
der Fahrzeugbatterie erreicht ist, muss die Klimatisierung auch
bei weiter anstei genden Temperaturen eingestellt werden, um ein
späteres
Starten des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Die
DE 100 19 207 A1 zeigt ein anderes Verfahren
zum Standlüften
eines Fahrzeuginnenraumes. Hier wird, ausgelöst von einem Steuergerät, Außenluft
in den Fahrzeuginnenraum geblasen. Nachteilig ist hier zu sehen,
dass ein elektromotorisch betätigtes
Dachteil in einer Lüftungsposition
erforderlich ist, welches einen erheblichen Aufwand darstellt.
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Die
DE 691 00 732 T2 beschreibt eine Fahrzeugbelüftungsvorrichtung,
die einer Kabine eines Fahrzeuges Luft zuführt und die Temperatur in der Kabine
senkt. Diese Belüftungsvorrichtung
ist mit einer Auslassluftleitung und einer Frischluftzufuhrleitung
zur Zufuhr von Frischluft ausgestattet. Die Auslassluftleitung und
die Frischluftzufuhrleitung sind mit je einem Luftbewegungsmittel
in Form eines elektrisch betätigten
Ventilators versehen, welche durch Solarstrom versorgt werden. Kritikwürdig an
dieser bekannten Belüftungsvorrichtung
ist, dass sie mit einer Reihe von Schalt-, Bedien- und Regelelementen, z.
B. Ein- und Ausschaltern, Schaltern in Abhängigkeit von der Zündschlossstellung,
Ventilen und Abweisern sowie einem Thermostat ausgestattet ist,
die die Vorrichtung störanfällig machen.
Außerdem
ist für die
genannte Belüftungsvorrichtung
eine Batterie als Energiespeicher vorgesehen, bei der die Gefahr
eines Ausfalles nicht auszuschließen ist und die bestimmten
Wartungsanforderungen unterliegt. Die Einschränkung, dass die Belüftungsvorrichtung
nur betrieben werden kann, wenn der Motor nicht läuft, also
im Stand des Fahrzeuges, ist als weiterer Nachteil zu sehen.
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Der vorliegenden Neuerung liegt die
Aufgabe zugrunde, eine Lüftungsanlage
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten Nachteile
vermeidet, die insbesondere die Maximaltemperatur im Fahrzeuginnenraum
einen Wert von 45°C
nicht übersteigen
lässt,
eine zuverlässige
Funktion gewährleistet,
wartungsarm und nahezu frei von technischen Störfaktoren ist. Hauptziel der
Neuerung ist es dabei, eine Überhitzung
des Fahrzeuginnenraums unter allen Umständen zu vermeiden, um darin
befindliche Personen, insbesondere Kleinkinder, oder Haustiere nicht
zu gefährden.
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Diese und weitere Aufgaben werden
durch eine solarbetriebene Sicherheitslüftungsanlage für Fahrzeuginnenräume gelöst, deren
Betrieb einzig abhängig
ist vom Lichteinfall der Sonnenstrahlung in den Fahrzeuginnenraum;
bei der die Übertragung der
Elektroenergie direkt von den Photovoltaikelementen zum Lüfter erfolgt;
bei der die Photovoltaikelemente in ihrer Anzahl, ihrer Größe und ihren
Positionierungen im Fahrzeuginnenraum so ausgelegt sind, dass sie
unter allen möglichen
Einfallsbedingungen der Sonnenstrahlung in den Fahrzeuginnenraum
soviel Elektroenergie abgeben, dass diese ausreicht, um den Lüfter zu
betreiben und eine vom Lüfter
abzuführende
Luftmenge abgeführt
wird, so dass eine vorgegebene Maximaltemperatur nicht überschritten
wird.
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Ein wichtiger Vorteil der neuerungsgemäßen solarbetriebenen
Sicherheitslüftungsanlage
besteht darin, dass aufgrund der direkten Übertragung der von den Photovoltaikelementen
bereitgestellten Elektroenergie auf die Lüfter keine zusätzlichen Schalt-
und Bedienelemente sowie Energiespeicher erforderlich sind. Dadurch
wird die Wahrscheinlichkeit von auftretenden technischen Stör- und Ausfallerscheinungen
auf die Lüfter
und die Photovoltaikelemente beschränkt. Für diese Komponenten sollten betriebssichere
Modelle ausgewählt
werden. Außerdem
ist es nicht möglich,
manuell oder steue rungstechnisch in den Prozessablauf einzugreifen,
was einen erheblichen Sicherheitsfaktor darstellt. Das versehentliche
Abschalten der Sicherheitslüftungsanlage
ist damit ausgeschlossen. Die Lüftungsanlage
arbeitet völlig
unabhängig
von anderen Komponenten und ist nur vom Lichteinfall der Sonnenstrahlung
auf die Photovoltaikelemente abhängig.
Auch die Tatsache, ob sich das Fahrzeug im Stand oder in Fahrt befindet,
hat keinen Einfluss auf die Funktion der Lüftungsanlage.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,
die Maximaltemperatur auf etwa 45° einzustellen,
so dass aufgrund der Luftabfuhr aus dem Fahrzeuginnenraum durch
die Lüfter
und eine gleichzeitige Zufuhr von frischer Außenluft eine Temperatur von
45°C im
Fahrzeuginnenraum nicht überschritten
wird. Dadurch werden die Fahrzeuginsassen, insbesondere hilflose
Kleinkinder und Haustiere, vor den Folgen einer Überhitzung geschützt. Besonders
dann, wenn ein Fahrzeug, in dem sich ein Kleinkind befindet, längere Zeit
unbeaufsichtigt in der prallen Sonne geparkt wird, ist eine gesundheitliche
Gefährdung,
die bis zum Tode durch Überhitzung
führen
kann, sehr hoch. Die kritische Temperatur für Kleinkinder beträgt etwa
45°C. Der
Sicherheitsfaktor genießt
bei der solarbetriebenen Sicherheitslüftungsanlage höchste Priorität, alle
anderen Funktionen sind der Sicherheitsfunktion untergeordnet. Die
Lüftungsanlage stellt
damit eine Überlebensgarantie
für die
Insassen dar.
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Die hohen Sicherheitsanforderungen,
die an die solarbetriebene Sicherheitslüftungsanlage gestellt werden,
erfordern ihre unbedingte, technische Zuverlässigkeit. Um diese noch besser
durchzusetzen, ist eine regelmäßige Überprüfung durch
eine amtlich anerkannte Überwachungsorganisation zweckmäßig. Ein
entsprechend ausgestelltes Prüfzertifikat
als Ergebnis einer erfolgreichen Überprüfung garantiert dem Nutzer
die volle Funktionsfähigkeit
der Anlage.
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Dass die solarbetriebene Sicherheitslüftungsanlage
unabhängig
von einer Klimaanlage betrieben werden kann, ist als weiterer Vorteil
zu sehen. Außerdem
wird die Notwendigkeit des Betreibens einer Klimaanlage durch die
Sicherheitslüftungsanlage erheblich
reduziert, da diese den Fahrzeuginnenraum in einer bereits annehmbaren
Temperatur hält. Durch
einen eingeschränkten
Betrieb der Klimaanlage erreicht man zudem eine Kraftstoffeinsparung
und eine Entlastung der Umwelt aufgrund eines verminderten Schadstoffausstoßes. Die
solarbetriebene Sicherheitslüftungsanlage
kann problemlos in jedem Fahrzeug nachgerüstet werden, was insbesondere für Fahrzeuge
von Bedeutung sein kann, die nicht mit einer Klimaanlage ausgerüstet sind.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
besteht darin, dass sich die Photovoltaikelemente in der Nähe der Lichteinfallstellen
des Fahrzeuginnenraumes, vorzugsweise in den Bereichen der Front-,
Heck- und Seitenscheiben sowie ggf. im Glasschiebedachbereich befinden.
Damit wird erreicht, dass unter allen Bedingungen des Lichteinfallwinkels
der Sonneneinstrahlung in den Fahrzeuginnenraum ausreichend Lichtenergie
von den Photovoltaikelementen aufgenommen, in Elektroenergie umgewandelt
und den Lüftern
direkt zugeführt
werden kann, um die erwärmte
Luft aus dem Fahrzeuginnenraum abzuführen.
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Aufgrund der Positionierung der Photovoltaikelemente
hinter den Fahrzeugscheiben im Fahrzeuginnenraum sind diese gut
gegen Diebstahl und Beschädigung
gesichert.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform
ist so gestaltet, dass ein oder mehrere Lüfter, die die erwärmte Luft
aus dem Fahrzeuginnenraum abführen,
hinter den Luftaustrittsöffnungen
am Heckteil des Fahrzeuges angebracht sind. Diese Lüfter saugen
die erwärmte
Luft durch die Luftaustrittsöffnungen
aus dem Fahrzeuginnenraum ab und transportieren sie nach außen. Die
Lüfter
sind vorzugsweise in nicht sichtbaren Fahrzeugbereichen angeordnet.
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Vorzugsweise strömt die Frischluft, welche die
die von den Lüftern
abgeführte
Warmluft ersetzt, durch die Lufteintrittsöffnungen im Armaturenbrett des
Fahrzeuges in den Fahrzeuginnenraum ein. Zur Verbesserung der Frischluftzufuhr
ist es möglich,
zusätzliche
Frischluftlüfter
im Bereich der Lufteintrittsöffnungen
anzubringen, die ein aktives Ansaugen der Außenluft bewirken und die angesaugte
Außenluft
in den Fahrzeuginnenraum blasen. Diese Frischluftlüfter werden
mittels einer Steuerschaltung bei Erreichen einer festgelegten Temperatur,
die unterhalb der Maximaltemperatur liegen sollte, aktiviert. Hierbei ist
zu beachten, dass diese Lüfter
unabhängig
von den Lufteintrittsöffnungen
im Armaturenbrett fungieren, so dass bei einer Abschaltung bzw.
bei einem möglichen
Ausfall der Frischluftlüfter
die passive Luftzufuhr durch die Lufteintrittsöffnungen nicht beeinträchtigt ist
und somit die Funktion der Sicherheitslüftungsanlage weiterhin gewährleistet
ist.
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Bei einer Unterschreitung einer vorgegebenen
Minimaltemperatur im Fahrzeuginnenraum, insbesondere in den kalten
Wintermonaten, werden die Lüfter
bei einer abgewandelten Ausführungsform über eine
Steuerschaltung abgeschaltet. Dadurch wird erreicht, dass kalte
Außenluft
nur in geringem Maße
in das Fahrzeug eindringt. Damit wird einem weiteren Temperatur abfall
im Fahrzeuginnenraum entgegengewirkt. Durch die gewählte Schaltung
ist aber sicherzustellen, dass bei einem eventuellen Ausfall der
Steuerschaltung oder des Temperaturfühlers die Lüfter zur Abfuhr der erwärmten Innenluft
bei direkter Sonneneinstrahlung in Betrieb gehen. In diesen Fällen wird
eine etwas zu geringe Innentemperatur bei winterlichen Witterungsverhältnissen
jedenfalls einer ungewollten Temperaturüberhöhung über die Maximaltemperatur in
den Sommermonaten vorgezogen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform
ist mit einem Alarm- und Warnsignal ausgestattet, das beim Überschreiten
der vorgegebenen Maximaltemperatur von 45°C oder auch bereits kurz vor
Erreichen der Maximaltemperatur, bei der Kleinkinder die kritische
Phase der Überhitzungsgefahr
erreichen, ein akustisches Signal auslöst, durch welches Passanten,
die sich in der Nähe
befinden, zu Hilfe gerufen werden und die im Fahrzeug eingeschlossene Person
retten können.
Dieses akustische Signal tritt beispielsweise in Form von Kindergeschrei
auf, wodurch die Passanten auf die Dringlichkeit einer Notsituation
und die sich daraus ergebende Notwendigkeit zu einer sofortigen
Hilfeleistung aufmerksam gemacht werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform,
unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 einen
einfachen Schaltplan für
die Anordnung von vier Photovoltaikelementen und zwei Lüftern in
einem Fahrzeuginnenraum;
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2 eine
vereinfachte, perspektivische Darstellung eines Fahrzeuges mit Photovoltaikelementen
im Front- und Heckbereich und Lüftern
im Heckbereich;
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3 eine
vereinfachte, perspektivische Darstellung eines Fahrzeuges mit Photovoltaikelementen
im Seiten- und Heckbereich und Lüftern
im Heckbereich;
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4 eine
vereinfachte, perspektivische Darstellung eines Fahrzeuges mit transparenten Photovoltaikelementen,
integriert in die hinteren Seitenscheiben, in die Heckscheibe sowie
in das Schiebedach und mit Lüftern
im Heckbereich;
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5 eine
vereinfachte, seitliche Schnittdarstellung eines Fahrzeugteils mit
einem zusätzlichem Frischluftlüfter im
Frontbereich zur aktiven Luftzufuhr.
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1 zeigt
einen vereinfachten Schaltplan mit einer Anordnung von vier Photovoltaikelementen 1 und
zwei Lüftern 2.
Die Photovoltaikelemente 1 sind im Fahrzeuginnenraum so
angeordnet, dass sie sich in allen vier Quadranten des Fahrzeuginnenraumes
befinden, und zwar im Frontbereich, im Heckbereich und in den beiden
Seitenbereichen. Dadurch können
sie, unabhängig
vom Standort des Fahrzeuges und des Lichteinfalls der Sonne, ausreichend Lichtenergie
aufnehmen und diese als Elektroenergie direkt an die beiden Lüfter 2 weiterleiten.
Die im Heckbereich des Fahrzeuges angeordneten Lüfter 2 saugen die
erwärmte
Luft aus dem Fahrzeuginnenraum ab. Für die Funktion der solarbetriebenen
Sicherheitslüftungsanlage
sind nur die Komponenten Photovoltaikelemente 1 und Lüfter 2 entscheidend. Es
werden keine weiteren Funktions-, Schalt- und Bedienele mente sowie
Energiespeicher benötigt,
um die Lüftungsanlage
zu betreiben. Damit ist die Lüftungsanlage
weitgehend resistent gegenüber
technischen Störungen,
da die Anzahl der möglichen
Störfaktoren
auf ein Minimum reduziert ist. Durch das Fehlen von Schalt- und
Bedienelementen ist ein manuelles Eingreifen in den Funktionsablauf
ausgeschlossen, was zu einer Erhöhung
der Sicherheit für die
Fahrzeuginsassen führt.
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2 zeigt
eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Fahrzeuges,
bei dem ein erstes Photovoltaikelement 1 im Frontbereich
hinter der Frontscheibe sowie ein weiteres Photovoltaikelement 1 im
Heckbereich auf der Hutablage angeordnet sind. Die Photovoltaikelemente 1 nehmen
Lichtenergie der Sonne auf und leiten diese als Elektroenergie an
zwei Lüfter 2 weiter,
die sich im Heckbereich des Fahrzeuges, hinter den Luftaustrittsöffnungen 3 befinden. Diese
Lüfter 2 saugen
die erwärmte
Luft aus dem Fahrzeuginnenraum durch die Luftaustrittsöffnungen 3 an
und führen
sie nach außen
ab. Die nach außen abgegebene
Luft wird durch Frischluft ersetzt, die durch die Lufteintrittsöffnungen 4 im
Armaturenbereich einströmt.
Der Verlauf der Luftströmung
durch den Fahrzeuginnenraum ist durch eingezeichnete Pfeile angezeigt.
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Der Sicherheitsfaktor genießt bei der
Lüftungsanlage
einen sehr hohen Stellenwert. So sind alle Funktionen darauf abgestimmt,
einen hohen Grad an Sicherheit für
die Fahrzeuginsassen zu gewährleisten.
Sobald eine Sonneneinstrahlung auf die Photovoltaikelemente 1 erfolgt,
werden die Lüfter
2 im Heckbereich des Fahrzeuges betrieben und es wird erwärmte Luft
aus dem Fahrzeuginnenraum abgeführt.
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Sollte im Extremfall ein Temperaturanstieg im
Fahrzeuginnenraum über
einen nahe bei der eingestellten Maximaltemperatur liegenden Wert
auftreten, kann bei einer erweiterten Ausführungsform eine Alarmanlage
(nicht gezeigt) aktiviert werden, die z.B. in Form von imitiertem
Kindergeschrei Passanten auf eine direkte Notsituation aufmerksam
macht und zur Hilfeleistung animiert.
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3 zeigt
eine einfache perspektivische Darstellung eines Fahrzeuges mit einer
Variationsmöglichkeit
hinsichtlich der Anordnung der Photovoltaikelemente 1.
In dieser Ausführungsform
sind die Photovoltaikelemente 1 an den hinteren Seitenscheiben
sowie im oberen Bereich hinter der Heckscheibe angeordnet. Die Funktionsweise
entspricht derjenigen, die in Bezug auf 2 beschrieben wurde. Auch hier sind die
entscheidenden Funktionselemente auf die Lufteintrittsöffnungen 4,
die Luftaustrittsöffnungen 3,
die Lüfter 2 und
die Photovoltaikelemente 1 beschränkt.
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Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform sind die Photovoltaikelemente 1 in
lichtteildurchlässiger
Form ausgeführt
und direkt in die Fahrzeugscheiben integriert. Entsprechende teildurchlässige Photovoltaikelemente
sind neuerdings erhältlich.
Vorzugsweise eignen sich die hinteren Seitenscheiben sowie die Heckscheibe
für die
Integration der Photovoltaikelemente, um im vorderen Seitenbereich
und im Frontbereich eine optimale Sicht des Fahrers nicht zu behindern.
Wenn es die Fahrzeugausstattung ermöglicht, bietet sich an, lichtteildurchlässige Photovoltaikelemente
in ein Glasschiebedach zu integrieren. Bei dieser anspruchsvollen
Variante, bei der die Photovoltaikelemente 1 in die Fahrzeugscheiben
integriert sind, wird eine verbesserte Lichtenergieaufnahme erreicht,
die einerseits durch eine erhöhte
Flächenausnutzung
der Photovoltaikelemente 1 und andererseits durch eine
bessere Lageposition zur Sonne, ohne Behinderungen durch andere
Fahrzeugteile, begründet
ist. Außerdem
erreicht man mit dieser Ausführungsform
aufgrund der Integration der Photovoltaikelemente in den Fahrzeugscheiben
von vornherein eine Reduzierung des Wärmeeintrags in den Fahrzeuginnenraum.
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5 zeigt
eine vereinfachte seitliche Schnittdarstellung eines Fahrzeugteils,
bei dem ein zusätzlicher
Frischluftlüfter
5 im Bereich der Lufteintrittsöffnungen
4 im Frontbereich des Fahrzeuges angebracht ist. Wenn eine bestimmte,
festgelegte Temperatur im Fahrzeuginnenraum erreicht ist, wird der Frischluftlüfter aktiviert,
um mit einer aktiven Luftzufuhr in den Fahrzeuginnenraum die Belüftung weiter zu
verbessern. Der Frischluftlüfter 5 wird über eine Steuerschaltung
bei Erreichen einer festgelegten Temperatur im Fahrzeuginnenraum,
die jedoch unter der genannten Maximaltemperatur von 45°C liegt, aktiviert.
Das führt
insbesondere an sehr heißen
Tagen, wenn die passive Luftzufuhr durch die Lufteintrittsöffnungen
allein nicht ausreicht, zu einer angenehmen Luftzirkulation. In
diesem Zusammenhang ist daran zu erinnern, dass die Lüftungsanlage
natürlich
auch während
der Fahrt zu einer Temperaturabsenkung im Fahrzeug genutzt werden
kann.
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Sollte die Fahrzeuginnenraumtemperatur
bei kalten Außentemperaturen
auf einen festgelegten Minimalwert abfallen, so werden zumindest
die Frischluftlüfter,
ggf. aber auch die Abluftlüfter 2,
die sich hinter den Luftaustrittsöffnungen 3 befinden, über eine
Steuerschaltung abgeschaltet. Die Messung der Temperatur erfolgt über einen
Sensor 6 oder ggf. über
mehrer Sensoren, die an mehreren Stellen im Fahrzeug positioniert
sein können.