DE3717574A1 - Einrichtung zum beheizen von flaechen in oder an kraftfahrzeugen, beispielsweise von sitzflaechen, fenstern, aussenspiegeln oder dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Beheizen von Flä­ chen in oder an Kraftfahrzeugen, beispielsweise von Sitzflä­ chen, Fenstern, Außenspiegeln oder dergleichen, mit über die betreffende Fläche ausgelegten Heizleitern.

Bekannt sind auf flächige Träger aufgenähte oder durch Nähte befestigte Heizleiter in Mäanderverlauf als unter den Polster­ belag angebrachte Autositzheizungen, heizbare Fensterscheiben mit in Doppelscheiben eingelegten Heizleitern und auch beheiz­ bare Außenspiegel. Die Heizleiter können von runden oder fla­ chen, isolierten oder blanken Leiterelementen gebildet sein, die als Draht oder als Litze ausgebildet sind oder auch, etwa durch Abätzen, aus einem flächigen Leiterbelag herausgearbei­ tet sind.

Es zeigt sich, daß die verwendeten Heizleitermaterialien nur einen schwach positiven Temperaturkoeffizienten des Wider­ standes haben, derart, daß mit steigender Betriebstemperatur die Heizleistung nur geringfügig abnimmt. Da aber zu Beginn des Heizbetriebes eine bestimmte Mindestheizleistung erforder­ lich ist, um beispielsweise das Sitzmaterial eines Auto­ sitzes aufzuheizen, eine vereiste Scheibe abzutauen oder ei­ nen vereisten Außenspiegel abzutauen, nimmt wegen des kleinen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes des verwen­ deten Widerstandsmaterials die Heizleistung nach ausreichen­ der Erwärmung des Autositzes für den Dauerbetrieb oder nach Abtauen der Autofensterscheibe bzw. nach Enteisen des Außen­ spiegels nur geringfügig ab, derart, daß es zu unerwünscht hohen Temperaturen der zu erwärmenden Fläche oder aber zu ei­ nem unerwünscht hohen Dauerenergieverbrauch kommt.

Aus diesem Grunde hat man bisher schon versucht, eine Zeit­ steuerung der Einschaltung der Einrichtung vorzunehmen oder die Einrichtungen durch Bimetallthermostaten selbsttätig zu steuern. Diese Art der Leistungssteuerung ist jedoch kost­ spielig und mitunter störungsanfällig.

Eine andere Möglichkeit der Beheizung von Flächen in oder an Kraftfahrzeugen besteht in der Verwendung der Beschichtung mit leitfähigem Kunststoff, welcher einen großen positiven Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes hat, so daß im kalten Zustand der zu beheizenden Gegenstände eine hohe Stromaufnahme und damit eine große Heizleistung erzielt wird, die bei Erwärmung der zu beheizenden Fläche rasch abnimmt. Dieses an sich vorteilhafte Verhalten von Einrichtungen zum Beheizen von Flächen mit Leitkunststoff muß jedoch mit den Nachteilen erkauft werden, daß die Leitkunststoffe gegenüber hohen Temperaturen größere Empfindlichkeit besitzen als me­ tallische Leitermaterialien und daß im allgemeinen eine hohe Leitfähigkeit der Leitkunststoffe bei niedrigen Betriebsspan­ nungen Probleme bereitet, wenn je Flächeneinheit eine bestimm­ te Heizleistung erzielt werden muß. Außerdem sind hier ver­ wendbare Leitkunststoffe mitunter schwer erhältlich und sind außerdem kostspielig.

Schließlich ist es für die Beheizung von Außenspiegeln be­ kannt, tablettenförmige Heizelemente mit stark ausgeprägt positivem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes zwischen zum Anlegen der Spannung und zur Wärmeverteilung dienenden Blechen oder Folien anzuordnen, wobei aber diese Bleche oder Folien eine ausreichend gleichmäßige Wärmeverteilung nicht sicherstellen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Ein­ richtung zum Beheizen von Flächen in oder an Kraftfahrzeugen, beispielsweise von Sitzflächen, Fenstern, Außenspiegeln und dergleichen, so auszugestalten, daß ohne die Verwendung von Steuereinrichtungen oder Thermostatschaltern bei einfachem, kostensparendem und störungsunanfälligem Aufbau zu Betriebs­ beginn eine hohe Heizleistung und nach einer bestimmten Ein­ schaltdauer eine bedeutend niedrigere Dauerleistung zur Ver­ fügung steht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die über die zu beheizende Fläche ausgelegten Heizleiter minde­ stens zwei zueinander parallel liegende Heizleiterabschnitte bilden, von denen einer mit einem ausgeprägten positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisenden Wider­ standselement in Serie liegend parallel zu dem anderen Heiz­ leiterabschnitt an die Betriebsspannung gelegt ist.

Da bei Einschaltung und bei niedrigen Temperaturen der Wi­ derstand des genannten Widerstandselements außerordentlich niedrig ist, liegen zu Betriebsbeginn die mindestens zwei Heizleiterabschnitte im wesentlichen parallel an der Be­ triebsspannung, so daß sich ihre Heizleistung summiert. Mit zunehmender Betriebstemperatur, die sich auf das den stark positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen­ de Widerstandselement überträgt, wird der Strom, der durch den mit dem Widerstandselement in Serie liegenden Heizleiter­ abschnitt fließende Strom zunehmend geringer, so daß nach längerer Einschaltdauer der größte Teil der Heizleistung von demjenigen Heizleiterabschnitt erzeugt wird, der nicht mit dem Widerstandselement großen positiven Temperaturkoeffizien­ ten des Widerstandes in Reihe liegt. Die Heizleistung hat da­ her einen zeitlichen Verlauf, der im wesentlichen von der Sum­ menleistung der beiden Heizleiterabschnitte auf eine etwas über der einzelnen Heizleistung eines Heizleiter­ abschnittes abfällt.

Es können mehrere Heizleiterabschnitte, jeweils mit einem Widerstandselement hohen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes in Serie liegend, parallel geschaltet sein. Dabei kann es, beispielsweise zur Beheizung von oberhalb ei­ nes Heizungslüftungsschlitzes gelegenen Autofensters zweck­ mäßig sein, wenn die Heizleiter in Richtung einer zu erwar­ tenden Wanderung einer Erwärmungsfront der zu beheizenden Fläche parallel liegend aufeinanderfolgen.

Insbesondere zur Beheizung von Außenspiegeln ist es vorteil­ haft, einen Heizleiterabschnitt in Serie mit dem großen Tem­ peraturkoeffizienten des Widerstandes aufweisenden Wider­ standselement parallel zu einem zweiten Heizleiterabschnitt zu schalten, wobei die beiden Heizleiterabschnitte gleichen oder auch unterschiedlichen Widerstand haben können und wo­ bei die Heizleiterabschnitte zweckmäßig einen ineinandergrei­ fenden Mäanderverlauf haben.

Im übrigen sei auf die in den anliegenden Ansprüchen 2 bis 9 gekennzeichneten vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen des hier angegebenen Einrichtung hingewiesen. Nach­ folgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläu­ tert. Es stellt dar

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer beheizten Autoheckscheibe oberhalb eines Heizungs­ lüftungsschlitzes, wobei die Schaltungs­ elemente symbolisch angegeben sind,

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine Heizeinrichtung für einen beheizten Außenspiegel,

Fig. 3 ein Schaltbild zur Erläuterung der elek­ trischen Schaltung der Einrichtung nach Fig. 2 und

Fig. 4 ein Diagramm, in dem der zeitliche Ver­ lauf der Heizleistung der Einrichtung nach den Fig. 2 und 3 dargestellt ist.

In Fig. 1 ist eine Heckscheibe mit 1 bezeichnet. In die Scheibe sind parallel zueinander horizontal verlaufende Heiz­ leiter 2 bis 7 eingebettet. Die Widerstandswerte dieser Heiz­ leiter sind durch die Widerstände R ₂ bis R ₇ symbolisch ange­ deutet. Mit den Heizleiterabschnitten 2 bis 7 liegen jeweils großen positiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisende Widerstandselemente PTC ₂ bis PTC ₇ in Serie. Die Serienschaltungen aus den Heizleitern mit den Widerständen R ₂ bis R ₇ einerseits und den Widerstandselementen PTC ₂ bis PTC ₇ andererseits liegen sämtlich parallel zwischen Masse und einer Stromquelle 8. Schaltmittel sind zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen.

Unterhalb des Heckfensters 1 befindet sich ein Heizungslüf­ tungsschlitz, der schematisch in Fig. 1 bei 9 angegeben ist. Wird die Einrichtung zur Beheizung des Heckfensters 1 in Be­ trieb genommen, so entspricht die gesamte Heizleistung der Einrichtung nach Fig. 1 der Summe der Heizleistungen in den Heizleiterabschnitten 2 bis 7, wenn davon ausgegangen wird, daß die Widerstandselemente PTC ₂ bis PTC ₇ im kalten Zustand vernachlässigbar kleinen Widerstand besitzen.

Schreitet dann aufgrund der Erwärmung des Heckfensters durch den Warmluftstrom aus dem Heizungslüftungsschlitz 9 von unten nach oben fort, so nehmen entsprechend fortschreitend die po­ sitiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisenden Widerstandselemente PTC ₇ bis PTC ₂ hohen Widerstand an, so daß entsprechend fortschreitend die Heizleiterabschnitte 7 bis 2 praktisch abgeschaltet werden. Ist die gesamte Heckscheibe 1 des Heckfensters durch das Zusammenwirken der elektrischen Heizeinrichtung und der Heizlüftung ausreichend erwärmt, so ist die Gesamtstromaufnahme der elektrischen Heizeinrichtung gering, so daß nach vollständigem Abtauen der Heckscheibe des Heckfensters und nach ausreichender Erwärmung durch die Heiz­ lüftung ein energiesparender Betrieb sichergestellt ist, auch wenn etwa das Ausschalten der Heckscheibenbeheizung vergessen wurde.

Die in Fig. 2 dargestellte Heizeinrichtung enthält einen zwischen das Spiegelglas und das Spiegelgehäuse eines Kraft­ fahrzeug-Außenspiegels einlegbaren Träger 10, auf dem zwei Heizleiterabschnitte 11 und 12 in ineinandergreifendem Mäan­ derverlauf aufgelegt sind. Der Heizleiterabschnitt 11 liegt in Serie mit einem Widerstandselement PTC ₁₃ von großem posi­ tivem Temperaturkoeffizienten des Widerstandes und diese Se­ rienschaltung ist zu dem Heizleiterabschnitt 12 parallel geschaltet und an eine Stromquelle 14 gelegt. Über ein strich­ punktiert angegebenes Wärmeleitblech 15 ist das Widerstands­ element PTC ₁₃ thermisch mit einem heizleiterbelegten Flächen­ bereich des Trägers 10 gekoppelt. Die Heizleiterabschnitte 11 und 12 können gleichen Widerstand haben. Es kann jedoch auch die Anordnung so getroffen sein, daß der Heizleiterabschnitt 11 geringeren Widerstand als der Heizleiterabschnitt 12 hat, so daß beim Einschalten der Heizeinrichtung eine besonders hohe Heizleistung erzielt wird, die dann auf einen Dauerbe­ triebswert abfällt, der bedeutend niedriger ist als die Hälfte der anfänglichen Heizleistung.

Fig. 3 zeigt ein der Anordnung nach Fig. 2 entsprechendes Schaltbild. Der Fachmann erkennt, daß der Verlauf der Gesamt­ heitsleistung P der Heizeinrichtung abhängig von der Zeit durch Wahl der Widerstandswerte der Widerstände R ₁₁ und R ₁₂ sowie des großen positiven Temperaturkoeffizienten des Wi­ derstandes aufweisenden Widerstandselementes PTC ₁₃ in weiten Grenzen an die jeweiligen Anforderungen angepaßt werden kann. Es ergeben sich hierbei auch jeweils unterschiedliche Werte der Zeitkonstante T ₁. Diese kann auch durch Ausbildung des Wärmeleitbleches 15 beeinflußt werden.

Soweit es die Temperaturfestigkeit der zu beheizenden flächi­ gen Bauteile des Kraftfahrzeuges erlauben, kann durch Verwen­ dung der hier angegebenen Einrichtung erreicht werden, daß ohne die Verwendung von Steuermitteln in Gestalt von Thermo­ statschaltern oder dergleichen eine kurzzeitige Aufheizung mit hoher Heizleistung erfolgt, um etwa eine dicke Eisschicht abzustoßen oder abschwimmen zu lassen, wonach eine geringe Heizleistung zur Verfügung gestellt wird, um einen neuerlichen Eisansatz zu verhindern. Zu diesem Zwecke kann sich eine ther­ mische Kopplung des oder jedes Widerstandselementes hohen po­ sitiven Temperaturkoeffizienten des Widerstandes mit den Heiz­ leiterabschnitten als besonders zweckdienlich erweisen.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Beheizen von Flächen in oder an Kraftfahr­ zeugen, beispielsweise von Sitzflächen, Fenstern, Außenspie­ geln oder dergleichen, mit über die betreffende Fläche ausge­ legten Heizleitern, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizlei­ ter mindestens zwei zueinander parallelliegende Heizleiter­ abschnitte (2 bis 7; 11, 12) bilden, von denen einer bzw. mindestens einer mit einem ausgeprägten positiven Temperatur­ koeffizienten des Widerstandes aufweisenden Widerstandsele­ ment (PTC ₂ bis PTC ₇; PTC ₁₃) in Serie liegend parallel zu dem anderen Heizleiterabschnitt bzw. den anderen Heizleiterab­ schnitten an die Betriebsspannung gelegt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiterabschnitte (2 bis 7; 11, 12) einen kleinen Tem­ peraturkoeffizienten des Widerstandes aufweisen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mehr als zwei Heizleiterabschnitte (2 bis 7) jeweils mit einem Widerstandselement großen positiven Temperaturkoeffi­ zienten des Widerstandes (PTC bis PTC ₇) in Serie liegend parallel geschaltet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiterabschnitte in Richtung einer zu erwartenden Wanderung einer Erwärmungsfront der zu beheizenden Fläche parallel liegend aufeinanderfolgen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Heizleiterabschnitt (11) niedrigen Widerstandes in Serie mit dem großen Temperaturkoeffizienten des Wider­ standes aufweisenden Widerstandselement (PTC ₁₃) parallel zu einem Heizleiterabschnitt (12) höheren Widerstandes ge­ schaltet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in Serie mit dem großen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes aufweisenden Widerstandselement (PTC ₁₃) liegende Halbleiterabschnitt (11) gleichen Widerstand wie ein zweiter, zur Serienschaltung parallelliegender Heizleiterabschnitt (12) hat.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiterabschnitte (11, 12) ineinandergreifenden Mäanderverlauf haben.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das bzw. jedes großen Temperaturkoeffizien­ ten des Widerstandes aufweisende Widerstandselement (PTC ₂ bis PTC ₇; PTC ₁₃) mit einem oder mindestens einem der Heiz­ leiterabschnitte thermisch gekoppelt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Kopplung über ein Wärmeleitblech (15) erfolgt, welches sich von Heizleiterabschnitt belegten Flächenberei­ chen zu dem Widerstandselement erstreckt.