SE516018C2 - Anordning och värmeelement för uppvärmning av en komponent i fordonsmiljö - Google Patents

Description

516 018 Med den ovan beskrivna regleringsmetoden matas ström genom värmetràden tills den centrala styrenheten indikerar att börvärdet har uppnåtts. När så sker avbryts strömmatningen. Detta medför att värmetràden successivt kyls ned.

När värmetràden har kylts såpass mycket att dess temperatur på nytt kommer under börvärdet kommer strömmatningen till värmetràden att återupptas. På så vis fortsätter temperaturregleringen så länge systemet är påslaget.

Enligt förut känd teknik utgörs den ovannämnda värmetràden av en tràdknippe med ett relativt stort antal (t.ex. 15-150 st.) trådar, s.k. kardeler. Dessa kardeler utgörs av tunna elektriskt ledande trådar som är sammanflåtade eller sammanbuntade så att de tillsammans bildar den kompletta värmetràden. Var och en av kardelema kan ha en diameter som är av storleksordningen cza 0,05 mm. Respektive ändparti hos värmetràden - d.v.s. respektive ändparti hos var och en av kardelema - är då anslutna till den ovannämnda styrenheten, varigenom strömmatning genom värmetràden medges.

Fastän denna tidigare kända värmetråd normalt medger en tillförlitlig uppvärmning och temperaturreglering för t.ex. ett fordonssäte är den dock behäftat med vissa nackdelar. En sådan nackdel hänför sig till det faktum att det kan hända att de olika kardelema med tiden nöts, t.o.m. så mycket att en eller flera av kardelema riskerar att slitas sönder så att ett avbrott slutligen uppstår i den aktuella kardelen. Om avbrott i flera kardeler skulle ske vid huvudsakligen samma position längs värmetràden kommer detta att medföra att den totala elektriskt ledande tvärsnittsarean i värmetràden lokalt kommer att minska, vilket i sin tur medför en lokal förhöjning av resistansen i värmetràden vid positionen för avbrotten. En förhöjning av resistansen leder i sin tur till ett förhöjt spänningsfall vid positionen för avbrottet, eftersom strömmen genom värmetràden hålls konstant.

Den ovannämnda situationen kommer på så vis att leda till en förhöjd temperatur vid positionen för avbrottet. Om ett stort antal kardeler har slitits av rv|ag 10 15 20 25 30 516 o 1 s ä* *i av kommer då en kraftigt förhöjd temperatur att uppstå vid positionen för avbrottet. Detta problem, det s.k. "hot-spot"-problemet, motsvarar en lokal förhöjd temperatur i sätet, vilket i sin tur upplevs som obehagligt för den som sitter i det aktuella sätet och vilket också kan orsaka skador på sätet.

Problemet skulle i viss mån kunna lösas genom att arrangera en värmetràd i form av ett antal parallella, separata parallella ledningar med utsträckning tvärs över det aktuella sätet. Ändpartierna hos alla dessa parallella ledningar skulle då förbindas med två tvärgående ledningar som i sin tur ansluts till styrenheten. En nackdel med detta arrangemang är att det kräver ett stort antal kontaktpunkter mellan de olika ledningarna, vilket medför en dyr och komplicerad tillverkningsprocess.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN: Ett huvudsakligt ändamål med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla en förbättrad anordning för uppvärmning av ett fordonssäte, med vars hjälp risken för det ovannämnda "hot-spot"-problemet kan elimineras.

Detta uppnås med en anordning, vars särdrag framgår av det efterföljande patentkravet 1.

Uppfinningen utgör en anordning vid uppvärmning av en komponent i fordonsmiljö innefattande ett värmeelement samt medel för matning av ström genom värmeelementet. Uppfinningen kännetecknas av att värmeelementet är uppbyggt i form av en värmetràd som i sin tur innefattar ett flertal i anslutning till varandra anordnade kardeler, av vilka ett förutbestämt antal kardeler innefattar en individuell elektrisk isolering.

Genom uppfinningen uppnås en väsentlig fördel genom att risken för det ovannämnda "hot-spot"-problemet kan elimineras, eftersom alla isolerade kardeler är elektriskt parallellkopplade. canon 10 15 20 25 30 516 o 1 8 i* = Fördelaktiga utföringsformer framgår av de efterföljande beroende patentkraven.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i anslutning till ett föredraget utföringsexempel samt de bifogade figurema, där Fig. 1 är ett principiellt kretsschema som visar en anordning enligt den föreliggande uppfinningen, Fig. 2 visar i principiell form uppbyggnaden hos en värmetråd enligt uppfinningen, och Fig. 3 visar principiellt hur en värmetråd enligt uppfinningen är kopplad elektriskt.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM: I figur 1 visas ett principiellt kretsschema av en anordning enligt den föreliggande uppfinningen. Enligt den föredragna utföringsformen är uppfinningen avsedd att utnyttjas i samband med elektriskt uppvärmbara säten i fordon. Uppfinningen är dock inte begränsad till användning i samband med fordon. I figuren visas principiellt en styrenhet 1, vars intema komponenter och förbindelser visas med streckade linjer. I figuren visas inte samtliga i styrenheten 1 ingående komponenter, utan endast de delar som är nödvändiga för förståelsen av uppfinningen.

Styrenheten 1 är inrättad för matning av en viss ström I genom ett värmeelement 2. Detta värmeelement 2 är enligt vad som kommer att beskrivas i detalj nedan uppbyggt i form av ett antal elektriska ledare som med sina elektriska motstånd tillsammans bildar en värmetråd som är utlagt i form av en slinga. Enligt utföringsformen är värmetråden 2 anordnad inuti ett fordonssäte, företrädesvis i dess sits 3 (vilken indikeras med streckade linjer i 10 15 20 25 30 51 6 01 8 -; ärf- figur 1) och är företrädesvis utlagd i en huvudsakligen sicksack-liknande slinga, altemativt i ett S-liknande mönster eller någon annan typ av mönster med utsträckning över en större del av sitsen 3. Vidare kan värmetràden 2 också vara monterad i fordonssätets ryggstöd (visas ej i figur 1).

Fastän figur 1 visar en enda värmetråd 2 är det möjligt att ansluta flera sådana trådar till styrenheten 1, t.ex. i form av separata värmetrådar för sätets 3 sits och för sätets ryggstöd. l det fall att fler än en värmetråd utnyttjas kan dessa anslutas till styrenheten antingen parallellt eller i serie.

Enligt vad som visas i figur 1 är värmetràden 2 ansluten till styrenheten 1 via två anslutningar 4 respektive 5, av vilka den sistnämnda anslutningen 5 också är ansluten till jord via en anslutning i fordonets chassi. I anslutning till värmetràden 2 finns anordnad en detektor i form av en temperatursensor 6 som är elektriskt ansluten till styrenheten 1 via den ovannämnda jordade anslutningen 5 samt en ytterligare anslutning 7. Temperatursensorn 6 utgörs företrädesvis av en termistor av typen NTC ("Negative Temperature Coefficient“), som uppvisar en temperaturberoende resistans som svarar mot den temperatur T som föreligger i anslutning till värrnetráden 2.

Temperatursensorn 6 kan vara placerad direkt pà värmetràden 2 eller i närheten av värmetràden 2, t.ex. mellan två av de linjer som definierar den slingan i vilken värmetràden 2 är utlagd. Den specifika placeringen av temperatursensorn 6 kan således variera inom ramen för uppfinningen.

Vidare finns en strömkälla 8 ansluten till styrenheten 1, via en ytterligare anslutning 9. Strömkällan 8 utgörs företrädesvis av fordonets startbatteri.

Dessutom innefattar systemet en till-/frånomkopplare 10 som företrädesvis finns integrerad i fordonets tändlås (visas ej). Omkopplaren 10 är ansluten till en ytterligare anslutning 11 hos styrenheten 1. Styrenheten 1 är pà känt sätt inrättad att kunna aktiveras och på så vis medge uppvärmning av värmeelementet 2 när omkopplaren 11 är sluten. 10 15 20 25 30 516 018 Styrenheten 1 innefattar en logikdel 12, som företrädesvis är datorbaserad men som också kan vara uppbyggd av kända elektronikkretsar. Logikdelen 12 är förbunden med värmetràden 2, temperatursensorn 6 och omkopplaren 10, via anslutningar 5, 7 respektive 11. Logikdelen 12 är inrättad för detektering av ett temperaturvärde T som svarar mot den signal som levereras av temperatursensorn 6.

Vidare innefattar styrenheten 1 en strömbrytarenhet 13 som är ansluten till Iogikdelen 12 och som i beroende av signaler från Iogikdelen 12 matar strömmen l till värmetràden 2. Vidare är Iogikdelen 12 ansluten till en manöverenhet 14, via en ytterligare anslutning 15. Med hjälp av manöverenheten 14 kan den sittande i sätet 3 ställa in exempelvis önskad temperatur för sätet, vilket då motsvarar ett i Iogikdelen 12 framräknat värde på en önskad börtemperatur TB mot vilken värmetràden 2 skall regleras.

Logikdelen 12 är således inrättad att bestämma värden på den lokala temperaturen T hos temperatursensom 6, vilket motsvarar ett resistansvärde hos temperatursensom 6 som i sin tur motsvarar aktuell temperatur T. Om den aktuella temperaturen T understiger det önskade börvärdet TB, vilket svarar mot den önskade temperaturen på sitsens 3 yta, kommer Iogikdelen 12 att styra strömbrytarenheten 13 att leverera strömmen i genom värmetràden 2.

När börvärdet TB uppnås avbryter Iogikdelen 12 strömmatningen via strömbrytarenheten 13 till värmeelementet 2.

Uppfinningens huvudsakliga funktion kommer nu att beskrivas främst med hänvisning till figur 2, som i principiell form visar uppbyggnaden hos en värmetråd 2 enligt uppfinningen. Till följd av det ovannämnda "hot-spot"- problemet i samband med värmetràdar av känt slag är det en grundprincip bakom den föreliggande uppfinningen att värmetràden 2 är utformad med ett visst antal, exempelvis 15-150 stycken, relativt tunna trådar, s.k. kardeler 16, av vilka ett huvudsakligt antal är individuellt elektriskt isolerade med hjälp av ett tunt isolerande skikt 17. Kardelerna 16 år på känt sätt elektriskt ledande och är none; 10 15 20 25 30 5 16 o 1 s “f för detta ändamål tillverkade av ett elektriskt ledande material såsom exempelvis koppar, rostfritt stål eller någon lämplig metall eller metallegering med god ledningsförmåga. De isolerande skikten utgörs företrädesvis av ett täckande lackskikt eller ett annat elektriskt isolerande material.

Enligt vad som framgår av figur 2 är kardelerna 16 med sina isolerande skikt 17 sammanbuntade eller sammanflätade så att den kompletta värmetràden 2 bildas. I figuren visas värmetràden 2 avklippt men med en kardel 16 som med sitt isolerande skikt 17 sticker fram från den i övrigt avklippta delen av värmetràden 2. Låmpligen omges de sammanbuntade kardelema 16 av ett omslutande skyddshölje 18, men detta är i princip ej nödvändigt.

Det ovannämnda "hot-spot"-problemet kan elimineras genom att respektive kardel 16 är försedd med det elektriskt isolerande skiktet 17. Eftersom de enskilda kardelema 16 då inte står i elektrisk kontakt med varandra kommer en huvudsakligen lika stor ström att flyta genom respektive kardel 16 under strömmatning av värmetràden 2. Om det då skulle uppstå ett avbrott på t.ex. någon enstaka kardel skulle detta inte innebära att vårmetrådens 2 resistans skulle öka lokalt, eftersom de kardeler i vilka avbrott uppstår inte står i kontakt med de kardeler genom vilka ström leds. Av denna anledning skulle det inte uppstå någon temperaturhöjning lokalt längs värmetràden 2.

Uppfinnlngens funktion framgår också av figur 3, som schematiskt visar ett tänkt exempel med fem isolerade kardeler 16 som elektriskt sett kan betraktas som parallellkopplade i förhållande till varandra. Ändpunkterna hos samtliga kardeler 16 är då anslutna till styrenheten 1 via anslutningama 4 respektive 5 (jfr. figur 1). Genom denna parallellkoppling kommer en viss ström i att flyta genom respektive kardel 15 under strömmatningen. Om det skulle uppstå ett avbrott på exempelvis en kardel kommer fortfarande en lika stor ström att flyta genom de fyra kardeler som fortfarande är intakta. På så vis kommer aldrig någon lokalt förhöjd resistans att uppstå i värmetràden 2 vid positionen för avbrottet, vilket i sin tur eliminerar risken för "hot-spot"-problemet. arna: 10 15 20 25 30 5 16 01 s *f 5"” Med hänvisning åter till figur 2 framgår att samtliga kardelar 15 i värmetråden 2 är försedda med ett isolerande skikt 16. Uppfinningen är dock inte begränsad till denna utformning, utan uppfinningen kan också realiseras på så vis att åtminstone ett visst minsta antal kardeler görs isolerade. Lämpligen väljs detta minsta antal i förhållande till hur många oisolerade kardeler som skulle kunna leda till "hot-spot"-problemet (d.v.s. vid avbrott på en eller flera av de oisolerade kardelema).

Enligt uppfinningen kan också positionema inom värmetråden 2 för de kardeler som då skulle göras oisolerade väljas mot bakgrund av risken för "hot-spot"- problemet. Om man exempelvis vet erfarenhetsmässigt att vissa kardeler löper större risk för avbrott än andra så tillses att åtminstone de kardeler som bedöms löpa minst risk för avbrott förses med isolering. Om då exempelvis fem av tjugo kardeler skulle slitas av - och om värmetråden 2 är arrangerade så att de avslitna kardelema är oisolerade och de kvarvarande femton kardelema är isolerade - kan tillses att "hot-spot"-problemet inte uppstår eftersom eventuellt ytterligare kardeler som slits av är isolerade.

Uppfinningen kan altemativt realiseras på så vis att uppvärmningen av värmeelementet är termostatstyrd. I ett sådant fall behövs således inte den ovannämnda styrenheten, temperatursensom etc.

Uppfinningen är inte begränsad till vad som anges ovan, utan olika utföringsformer år möjliga inom ramen för patentkraven. Exempelvis kan uppfinningen i princip utnyttjas för uppvärmning av andra säten än fordonssäten. Vidare kan antalet kardeler hos värmetråden variera. Vidare kan uppfinningen utnyttjas för uppvärmning av andra komponenter är säten, tex. paneler och liknande komponenter vars yta avses värmas upp.

Claims (8)

10 15 20 25 30 516 018 9 PATENTKRAV:

1. Anordning vid uppvärmning av en komponent (3) i fordonsmiljö innefattande ett värmeelement (2) samt medel för matning av ström (I) genom värmeelementet (2), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att värmeelementet (2) är uppbyggt i form av en värmetråd som i sin tur innefattar ett flertal i anslutning till varandra anordnade kardeler (16), av vilka ett förutbestämt antal kardeler (16) innefattar en individuell elektrisk isolering (17), samt att de isolerade kardelema (16) är elektriskt parallellkopplade och anslutna i sina respektive ändpartier till nämnda medel för matning av ström (I).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda elektriska isolering (17) utgörs av ett elektriskt isolerande skikt.

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att antalet kardeler (16) i värmetrâden (2) som innefattar en individuell isolering (17) väljs i beroende av krav avseende maximalt tillåten temperaturökning hos nämnda komponent (3) till följd av ett eventuellt avbrott i en eller flera kardeler (16).

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att samtliga i värmetrâden (2) ingående kardeler (16) innefattar en individuell elektrisk isolering ( 17).

5. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda kardeler ( 16) är elektriskt parallellkopplade.

6. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att antalet kardeler (16) är huvudsakligen av storleksordningen 15- 150 st. 10 516 018 10

7. värmeelement (2) för uppvärmning av en komponent (3) i fordonsmiljö genom matning av ström (l) genom värmeelementet (2) i beroende av ett förutbestämt börvärde (Tb), kännetecknat d ä r a v, att värme- elementet (2) är uppbyggd i form av en värmetråd som i sin tur innefattar ett flertal i anslutning till varandra anordnade kardeler (16) av vilka ett förutbestämt antal innefattar en individuell elektrisk isolering (17), samt att de isolerade kardelerna (16) är elektriskt parallellkopplade och anslutna i sina respektive ändpartier till ett medel för matning av ström (I).

8. värmeelement enligt patentkrav 7, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att antalet kardeler ( 16) är huvudsakligen av storleksordningen 15-150 st.