DE2406836C3 - Steuervorrichtung zum automatischen Betrieb von elektrisch beheizten Heck- und/oder Frontscheiben von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt (FR-PS 2127 059), bei einer Steuer- π vorrichtung zum automatischen Betrieb elektrisch beheizter Kraftfahrzeugscheiben einen auf einen Feuchtigkeitsniedefschlag ansprechenden Fühler zu verwenden, der aus einem Elektrodensystem besteht. Eine solche Vorrichtung ermöglicht gegenüber von bo Hand oder durch eine Zeitsehaltuhr betätigten Vorrichtungen eine erhebliche Leistungseinsparung. Diese Vorrichtung arbeitet zufriedenstellend, wenn die Temperatur an der Innenseite der Scheibe unter den Taupunkt der Innenluft sinkt, d. h. nicht nur bei (,<-, feuchtem oder kaltem Wetter, sondern auch bei Schneefall oder Reifbildung auf der Außenseite. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß bei bestimmten klimatischen Bedingungen die Scheiben-Heizung nicht direkt bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs einschaltet. Solche Bedingungen liegen z, B, im Winter nach längerem Stand des Fahrzeugs im Freien vor, wenn die Außenseite der Scheibe mit Schnee, Reif oder Eis bedeckt ist, die Innenseite aber trocken ist. In solch einem Fall muß der Taupunkt erst langsam durch die von den Wageninsassen abgegebene Feuchtigkeit heraufgesetzt werden, so daß sich ein FeucLtigkeitsniederschlag auf dem Fühler bildet und die Scheibenheizung eingeschattet wird. Auch wenn sich die Feuchtigkeit in Form von Reif niederschlägt, reicht die Empfindlichkeit des Fühlers im allgemeinen nicht aus, um die Heizung in Betrieb zu setzen.

Aus der US-PS 2810055 ist die Verwendung von zwei Temperaturfühlern bei einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Heizung von Kraftfahrzeugscheiben bekannt. Aus der Zeitschrift >Funkschau<, 1969, Heft 19, Jahrgang 41, Seite 686, ist bei einem Eiswarngerät die Verwendung eines Feuchtigkeitsfühlers in Verbindung mit einem Temperaturfühler bekannt. Die Verwendung zweier solcher Fühler ist auch aus der US-PS 3200705 bei einem Straßenverkehrsspiegel bekannt, der an sich kreuzenden Straßen aufgestellt ist.

Vorrichtungen, die nur auf den Feuchtigkeitsbelag auf der Kraftfahrzeugscheibe ansprechen, sind ebenso unbefriedigend wie solche Vorrichtungen, die nur auf die Temperatur der Sichtscheibe ansprechen. Auch die bekannten Vorrichtungen, die sowohl auf die Temperatur als auch auf die Feuchtigkeit ansprechen, sind in ihrer Funktion deshalb unbefriedigend, weil dort nicht etwa der störende Feuchtigkeitsbclag, sondern vielmehr lediglich die Luftfeuchtigkeit gemessen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung mit Feuchtigkeitsfühler auf der Glasscheibe derart auszubilden, daß sie auch unter extremen klimatischen Bedingungen einwandfrei arbeitet.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Der auf die Temperatur ansprechende Fühler kann z. B. in der Nähe der Heckscheibe oder vorzugsweise hinter dem Armaturenbrett angebracht werden, so daß auf diese Weise die Temperatur des Fahrzeuginnenraumes erfaßt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Temperaturkennlinie eines Feuchtigkeitsfühlers mit und ohne Nebenschluß-Widerstand,

Fig. 2 und 3 Schaltbilder zweier Ausführungsformen der Steuervorrichtung, und

Fig. 4 die Kennlinien zweier verschiedener handelsüblicher Temperaturfühler und die Verstärkungslinie bei Verwendung dieser Temperaturfühler.

Es te bekannt, daß sich die Empfindlichkeit eines Feuchtigkeitsfühlers H mit der Temperatur ändert, weil die Leitfähigkeit eines Feuchtigkeltsniederschlages mit sinkender Temperatur abnimmt und gegen Null geht, wenn sich der Feuchtigkeitsniederschlag in Reif umwandelt.

Fig. 1 zeigt anhand der Kurve K, wie der Widerstand eines vollkommen mit einem Feuchtigkeitsbelag bestimmter Dicke bedeckten Fühlers in dem Maß ansteigt, in welchem die Temperatur der Scheibe sinkt. Dies bedeutet, daß die Ansprechempfindlichkeit des Fühlers mit sinkender Temperatur abfällt. Bei Tem-

peraturen unter 0" C wird der Fühler so unempfindlich, daß er nicht mehr funktionsfähig ist.

Fig, 2 zeigt eine mit einem Heizleiternetz üblicher Art versehene Scheibe 1, hergestellt aus einer leitenden Paste auf SUberbasis, die durch Siebdruck auf die Scheibe aufgedruckt und bei der Aufheizung der Scheibe zum Vorspannen und Biegen derselben eingebrannt, anschließend ggf. mit einer Kupferschicht verstärkt und schließlich durch eine Nickelschicht geschützt wird. Dieses Netz besteht aus Widerstandsstreifen 2, die untereinander parallel zwischen zwei Sammelschienen 3 und 4 an den Seiten der Scheiben angeordnet sind.

Der den Hauptfühlßr bildende Feuchtigkeitsfühler H ist beispielsweise rechts unten auf der Scheibe 1 angebracht. Erweist vorteilhaft die Form eines gleichzeitig mit dem Heizleiternetz gebildeten Kammes mit Zinken auf, die in einem Abstand von 0,3 bis 0,4 mm über eine Länge von 150 mm angeordnet sind. Eine Elektrode des Feuchtigkeitsfühlers H ist unmittelbar mit dem Heizleiternetz bzw. der Sammelschiene 3 verbunden, während die andere Elektrode an eine getrennte Anschlußklemme 5 angeschlossen ist.

Die Anschlußklemme öder Sammelschiene 3 ist an Masse gelegt und damit mit dem negativen Pol des elektrischen Stromkreises des Fahrzeugs verbunden, der hier durch die Batterie 7 angedeutet ist. Die Klemme 8 der Sammelschiene 4 ist mit der Anschlußklemme 9' des strichpunktiert gezeichneten Steuergehäuses 10 über die Klemme 8' und den Kontakt s eines Steuerrelais S verbunden. Das Heizleiternetz wird somit von einer Spannung von 12 Volt über den Scheiter 9 gespeist.

Das unter dem Armaturenbrett angebrachte Steuergehäuse 10 ist über die Klemme 5' mit der Klemme 5 des Fühlers H verbunden. Es enthält im wesentlichen einen ersten, bei 12 mit der Klemme 5' mit dem Fühler H verbundenen Transistor 11.

Der Transistor 11 ist in Emitterbasisschaltung geschaltet. Die Spannungsverstärkungsstufe umfaßt ferner den Transistor 13, welcher eine die beiden Transistoren 14 und 15 umfassende Schmitt-Trigger-Schaltung steuert. Die Leistungsstufe wird durch den in dem Stromkreis für das Relais S angeordneten und durch eine Diode 17 geschützten Transistor 16 gebildet.

Der eingeschaltete Hilfsf ühler T besteht aus einem bei einer Umgebungstemperatur von 0⁰C wirksam werdenden Bimetallkontakt.

Der im Inneren des Steuergehäuses angeordnete Fühler T ist mit dem Feuchtigkeitsmeßfühler H über die Klemme 5' am Eingang des Transistors 11 unmittelbar parallel geschaltet.

Somit wird der Kontakt s jedesmal durch das Retais S geschlossen, wenn einer der beiden parallelgeschalteten Fühler H und T leitend wird, d. h. entweder bei der Bildung eines Feuchtigkeitsbelages an der Innenseite der Scheibe, unabhängig von der Ursache für die Entstehung dieses Belages, oder aber, wenn die Temperatur im Fahrgastraum niedrig genug ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform mit einer Scheibe 21 entsprechend der vorher beschriebenen Scheibe, die mit einem Heizleiternetz und einem Meßfühler versehen ist, welche aus einer auf die Oberfläche der Scheibe aufgetragenen Silbermasse bestehen, die beim Biegen der Scheibe eingebrannt wurde. Das Heizleiternetz 22 besteht aus Widerstandsstreifen, die über zwei Sammelschienen gespeist werden und mit Anschlußklemmen 23 und 24 versehen sind.

Der im oberen Teil der Scheibe mittig angeordnete Feuchtigkeitsmeßfühler H ist mit zwei Anschlußklemmen 25 und 26 versehen. Pie Anschlußklemme ϊ 23 des Heizleiternetzes 22 ist über Masse mit der Batterie 27 verbunden. Die Anschlußklemme 24 ist mit einer am Ausgang des Hauptschalters 29 angeordneten Schmelzsicherung 28 über die Anschlußklemme 24' und den Kontakt s des Steuerrelais S verbunden, i" Das.Steuergehäuse 30 befindet sich im Fahrzeuginnenraum.

Die beiden Anschlußklemmen 25 und 26 des Fühlers H sind jeweils an die Anschlußklemmen 25' und 26' angeschlossen, an denen sich ein Nebenschiußwiderstand 50 in der Größenordnung des maximalen Widerstandes des Fühlers H, beispielsweise 1 ΜΩ befindet.

Die Anschlußklemme 25' wird über einen Kondensator 31 durch einen RC-Generator gespeist, der aus μ einem Transistor 32 und einem Phasenschiebernetzwerk mit drei Kondensatoren 51, i2,53 und den drei Widerständen 54, 55, 56 besteht. Dieser Oszillator liefert ein Wechselspannungssignal von 1 Volt mit einer Frequenz von 1000 Hz.

Das Gehäuse 30 enthält einen Verstärker 37, eine Gleictjichterstufe 38, eine Komparator-Schaltung 41 und eine Endstufe 46.

Der Verstärker besteht aus einem üblichen integrierten Kreis 37. Sein nicht invertierender Eingang j» ( + ) ist mit der Klemme 26' verbunden und nimmt somit das Wechselspannungssignal auf, dessen Amplitude mit sinkendem Fühlerwiderstand wächst.

Die Gleichrichterstufe enthält die Diode 38, die über das RC-Glied aus Kondensator 39 und Wider-J5 stand 40 an den Verstärker 37 angekoppelt ist. Der Kondensator 39 dient gleichzeitig als Ladekondensator für den Gleichrichterkreis.

Die Komparator-Schaltung enthält einen integrierten Schaltkreis 41 ähnlich dem Verstärker 37. An seinem invertierenden Eingang (—) liegt das gleichgerichtete Wechselspannungssignal. Die Ausgangsspannung des Komparator 41 wiird über die beiden Widerstände 44 und 45 geteilt und über den Widerstand 43 auf den nichtinvertierenden Eingang (+ ) des Komparator 41 zurückgekoppelt. Der Widerstand 42 bestimmt die untere Schaltschwelle der Stufe. Durch die Mitkopplung über den Widerstand 43 entsteht eine Schalthysterese. Eine geeignete Dimensionierung der Widerstände 42 bis 45 bewirkt, daß der -,ο Komparator bei 2 Volt am (—) Eingang einschaltet und erst nach Rückgang der Spannung auf 1 V wieder abschaltet.

Dem Komparator 41 folgt ein Leistungstransistor 46, fet den Erregerstrom für das Relais 5 liefert. Die ,5 Diode 47 schützt den Transistor 46 vor Überspannungen beim Abschalten des Relais S.

Der Steuerstromkreis umfaßt erfindungsgemäß einen zweiten Fühler T, bestehend aus den beiden temperaturabhängigen Widerständen T, und T₁. T. liegt bo hierbei zwischen dem Ausgang des Verstärker 37 und dem invertierenden Eingang. Er bewirkt somit eine Gegenkopplung und beeinflußt zusammen mit T₂ die Verstärkung des Operationsverstärkers 37.

Der Thermistor Tl ist ein Widerstand mit negation vemTeniperaturkoeffizienten, der Thermistor Tl dagegen ein Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten.

Die Verstärkune der Schaltune ereibt sich aus der

Gleichung G = T.I T₁. Wegen der Temperaturabhängigkeit der Widerstände, die sich in dieser Hinsichl ergänzen, entsteht eine effektive Verstärkung entsprechend der Kennlinie G in Fig. 4.

Fig. 4 zeigt eine Abänderung der Charakteristiken eines Hilfsfühlers, bei dem zwei verschieden wirkende Thermistoren verwendet sind.

Die Kurve 71 gibt die Änderung des Widerstandes des einen Thermistors, die Kurve T2 die Änderung des Widerstandes des anderen Thermistors wieder. Die Kurve G zeigt die Abnahme des Verstärkungsfaktors bei zunehmender Temperatur. Bei Verwendung eines einzigen Thermistors wäre eine solche ausgeprägte Korrektur nicht möglich.

Solange die Temperatur im Fahrzeuginneren niedrig ist, ermöglicht daher die Wahl eines Verstärkers mit hohem Verstärkungsfaktor, der durch das Vorhandensein eines Hilfsfühlers kompensiert wird, eine verhältnismäßig größere Verstärkung des von dem Fühler H gelieferten Signals, welche den Empfindlichkeitsverlust praktisch ausgleicht, der sich bei sinkenderTemperaturander Innenseite der Scheibe insbesondere dann ergibt, wenn der Belag sich als Reif bildet.

Darüber hinaus kann die Vorrichtung aufgrund des Nebenschlußwiderstandes 50 auch bei einem Fehlen jeglichen Feuchtigkeitsbelages arbeiten, sobald die von dem Hilfsfühler T festgestellte Temperatur etwas unter 0° C liegt. In Fig. 1 zeigt die Kurve r für die gleiche Dicke des Belages die Änderung des Gesamtwiderstandes zwischen den Klemmen 25' und 26'. Die Vorrichtung arbeitet daher wie folgt: 1. Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes - Fahrer im Fahrzeug und Schalter geschlossen: Bei Bildung eines Schwitzwasserbeschlags (r~ ΙΟ⁴ Ω) wird der Verstärker 37 an eine ausreichende Spannung gelegt und entsperrt den Transistor 46; S wird erregt, schließt s und schaltet die Heizung ein.

Bei Auflösung des Schwitzwasserbeschlags (/•=Ι0⁵Ω) sperrt die Komparator-Schaltung den Transistor 46 und schaltet die Heizung ab.

2. Reifbildung

Das Absinken der Temperatur des Hilfsfühlers T verschiebt allmählich den Empfindlichkeitsbereich des Hauptfühlers H; r kann größer als 5 · K)⁵ werden, jedoch ist G nun größer als 500.

3. Nach langem Stand bei sehr niedriger Temperatur

Sobald der Schalter 29 geschlossen ist, reicht das Vorhandensein des Nebenschlußwiderstandes 50 aus, um die Heckscheibenheizung einzuschalten, jedoch bewirkt der durch die Inbetriebsetzung des Motors hervorgerufene allmähliche Temperaturanstieg im Fahrzeuginneren eine allmähliche Verringerung der Amplitude des von dem Hilfsfühler T abgegebenen Signals. Ist die Temperatur in dem Fahrzeug genügend weit über 0⁰C angestiegen, dann sind wieder normale Betriebsbedingungen gegeben. Die Heizung schaltet sich daher aus, es sei denn, es ist an dem Hauptfühler H noch Schwitzwasser oder Reif vorhanden.

Die Arbeitsweise ist dann analog derjenigen, wie s\f im vorhergehenden Beispiel beschrieben wurde.

Der thermometrische Kontakt könnte beispielsweise parallel zu der Hauptsteuervorrichtung unmittelbar in das Stromversorgungsnetz für das Heizleiternetz geschaltet werden, jedoch wäre eine solche Lösung weniger vorteilhaft, weil sie zu einer Uberdimensionierung dieses Organs' führen würde. Ferner ist die beschriebene Verbesserung unabhängig von der Ausführungsform der eigentlichen Heizscheibe; solche Heizscheiben sind an sich bekannt; ihre Erwähnung in der Beschreibung ist daher nur beispielsweise.

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Steuervorrichtung zum automatischen Betrieb von elektrisch beheizten Heck- und/oder Frontscheiben von Kraftfahrzeugen mit zwei auf atmosphärische Bedingungen ansprechenden Fühlern zur Steuerung des Heizstromes in einem Heizleiternetz einer Scheibe, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich be- ι» kannter Merkmale:

a) der eine Fühler (H) ist ein unmittelbar auf der Innenseite der Scheibe (1) angeordneter, auf einen Feuchtigkeitsniederschlag ansprechender Fühler, und

b) der andere Fühler ( T) ist ein im Fahrzeuginneren angeordneter Temperaturfühler.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (T) ein von eineir Bimetallstreifen betätigter Thermostatkontakt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (T) zu dem Feuchtigkeitsfühler (H) parallel geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fühler (H, T) zwischen Masse und den Eingang (9') eines Steuergehäuses (10, 30) gechaltet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- to kennzeichnet, daß der Temperaturfühler ( T) wenigstens einen Thermistor (Tl, TZ) aufweist.

6. Vorrichtung ns«h Anbruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Temperaturfühlers (T) das Signal des Feuc^: tigkeitsfühlers (H) j-, kompensiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (T) aus einem Widerstand (Tl) mit negativem und einem Widerstand (Tl) mit positivem Temperaturkoeffizienten besteht und daß an deren Verbindungspunkt eine Gegenkopplungsschleife eines Verstärkers (37) angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturfühler (T) in 4i dem Steuergehäuse (10,30) längs der Außenwand der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.