WO2020030345A1 - Scheibenheizung mit intelligenter überwachung und verfahren zur steuerung einer scheibenheizung - Google Patents

Scheibenheizung mit intelligenter überwachung und verfahren zur steuerung einer scheibenheizung Download PDF

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WO2020030345A1
WO2020030345A1 PCT/EP2019/067273 EP2019067273W WO2020030345A1 WO 2020030345 A1 WO2020030345 A1 WO 2020030345A1 EP 2019067273 W EP2019067273 W EP 2019067273W WO 2020030345 A1 WO2020030345 A1 WO 2020030345A1
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temperature
window
heating
dew point
equal
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PCT/EP2019/067273
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French (fr)
Inventor
Wolfgang Von Avenarius
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Saint-Gobain Glass France
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/84—Heating arrangements specially adapted for transparent or reflecting areas, e.g. for demisting or de-icing windows, mirrors or vehicle windshields
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0236—Industrial applications for vehicles

Definitions

  • the invention relates to a window heater with intelligent monitoring and a method for controlling a window heater.
  • glass panes can be heated electrically.
  • the electrical conductivity or the resistance of metals is used as a heating function.
  • metals or metal alloys are applied to a disc.
  • metals or metal alloys can also be arranged between panes.
  • the metals or metal alloys can be applied both as a flat coating and as a conductor.
  • electrical tracks can be applied to a pane using pressure-like processes.
  • the electrical resistance of a coating or conductor track can be set in such a way that the desired heating output is achieved with a provided electrical voltage.
  • a window heater it is possible e.g. remove both ice on the outside (and / or on the inside) of the vehicle as well as fogging on the inside of a vehicle window. This is controlled in the simplest way by the user himself.
  • the heating function can be switched off when the fogging or icing is removed. Since the heating function in vehicles can load the (start) battery, the heating function in some vehicles is now automatically deactivated after a predetermined time. A predetermined time is selected in such a way that under typical conditions the goal of deicing / defogging is achieved.
  • a device is known from DE 10 2010 040 132 A1 which determines a switch-on process and its duration based on sensor values.
  • this method does not take into account the actual properties that affect the heating output.
  • a certain safety margin must be taken into account in the LookUp table, so that the deicing / defogging target is achieved regardless of the actual properties.
  • a disk heater is known from US patent application US 2004/0 094 529 A1 and from German published patent application DE 24 429 24 A1, in which a heating wire can also be used as a measuring resistor.
  • Another window heating is known from European EP 1 405 742 A1, which also has a moisture sensor placed in the interior. Elaborate and costly wind tunnel tests are used for the determination. From German published patent application DE 10 2005 055 003 A1, a method for controlling a window heating is known that also includes a rain sensor as a sensor.
  • the previously known devices and methods are unable to provide efficient operation.
  • the previous methods and devices do not allow both defrosting and fitting removal / prevention to be made available on the basis of the actual happening and thus in an energy-efficient manner.
  • the object is achieved by a window heating with intelligent monitoring according to independent claim 1.
  • a pane heater according to the invention with intelligent monitoring has at least one pane, with heating wires being arranged on or in the pane, the resistance of the heating wires is temperature-dependent, at least one specific heating wire being integrated in a measuring circuit as a temperature-sensitive resistor, the window heating being switched on or off depending on the temperature of the window thus determined.
  • the resistance of the specific heating wire is part of a resistance measuring bridge. That a heating wire can be evaluated by means of a simple electrical circuit, so that the function can be provided inexpensively.
  • a moisture sensor is arranged on or on the pane. Furthermore, the unit for determining is suitable for comparing whether the determined temperature of the pane is less than or equal to a temperature close to the dew point temperature, and if the determined temperature is less than or equal to a temperature close to the dew point temperature, the pane suitable for determining the pane heating turn.
  • the moisture on the inside of the pane is particularly preferably determined. That a space-saving arrangement is made possible.
  • the invention provides improved energy efficiency, since the actual condition of the pane is now being monitored and the heating process can thus be ended in a targeted manner depending on the deicing effect achieved.
  • the unit for determining is further suitable if the determined temperature is not less than or equal to a temperature close to the dew point temperature, to switch off the window heating.
  • the window heater is part of a windshield. That the windshield can be used in a vehicle.
  • a method for controlling a window heater includes a step of determining the temperature of the window, a step of comparing whether the determined temperature is less than or equal to a temperature near freezing, and depending on the comparison of switching the window heater on or off.
  • a unit for determining whether the specific temperature of the disk is less than or equal to a temperature close to the dew point temperature is then compared.
  • the window heating is switched on. If, on the other hand, the determined temperature is less than or equal to a temperature close to the dew point temperature, the window heating is switched off and the steps are then repeated.
  • a period of time is first waited before determining the temperature of the pane. That the inertia of the heat conduction inside / on the pane can be taken into account. This also enables a minimal operating time of the window heating.
  • a period of time is initially waited before determining the temperature of the pane, the span being dependent on a previously measured temperature of the pane and / or the switched-on / switched-off state of the pane heating. That The minimum operating time of the window heating can be varied depending on the boundary conditions.
  • Fig. 1 is a schematic flow diagram of a method according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a structure with a window heater according to the invention.
  • references to standards or specifications or norms are to be understood as references to standards or specifications or norms that apply / apply at the time of registration and / or - if priority is claimed - also at the time of priority registration. However, this is not to be understood as a general exclusion of the applicability to subsequent or replacing standards or specifications or norms.
  • the invention proposes a window heater with intelligent monitoring.
  • This disc heater initially has a disc S.
  • the pane S can be a simple glass pane or a laminated glass pane.
  • the disc S can have a sectionally flat or curved shape.
  • a heating wire or a plurality of heating wires H1 ... HN can be arranged on or in the disk S. These heating wires can be applied as a coating and / or by means of pressure, it having no influence on the method by which the heating wires are applied or introduced.
  • the invention makes use of the fact that the resistance of the heating wires is temperature-dependent. With a few exceptions (e.g. constantan), metal alloys and metals have a resistance which is generally linearly dependent on the temperature (in a first approximation) (at least in the temperature ranges of interest here, in particular from -40 ° C to 100 ° C) ).
  • heating wire H1 - is integrated into a measuring circuit as a temperature-sensitive resistor.
  • the integration can be permanent or alternating with heating operation.
  • an AC voltage component e.g. via pulse width modulation
  • the AC voltage component can be impressed on a heating direct current, so that the AC voltage component can be coupled out to a measuring circuit via a capacitor.
  • the heating wire H1 can act as part of a temperature-variable Wheatstone measuring bridge, or else a differential voltage across the heating wire H1 can be evaluated by means of an operational amplifier.
  • a differential voltage across the heating wire H1 can be evaluated by means of an operational amplifier.
  • the temperature of the disk S can now be determined in a step 100 by means of the heating wire H1.
  • the invention makes use of the fact that the disk S generally heats the heating wire H1 to the temperature of the disk S within a short time due to the large thermal capacity returns. That the temperature of the disk S and the heating wire H1 generally match in the non-heating mode, so that the temperature of the disk S can be determined directly from the temperature of the heating wire H1.
  • a suitable evaluation device for example a microcontroller or a microprocessor or an application-specific circuit CPU, can now be used to evaluate the temperature of the disk S / the heating wire H1. In the simplest case, this is done by comparing in step 200 whether the determined temperature is less than or equal to a temperature near the freezing point. By choosing a limit near the freezing point, for example 5 ° C., the effect of the temperature gradient from the outer pane to the inner pane described above can be countered.
  • the window heating can now be switched on in a step 300 and the steps are then repeated.
  • the window heating can now be switched off in a step 400 and the steps are then repeated.
  • That Continuous monitoring can be implemented using a simple method.
  • the invention provides improved energy efficiency, since the actual condition of the pane is now being monitored and the heating process can thus be ended in a targeted manner depending on the deicing effect achieved.
  • the resistance of the specific heating wire H1 is part of a resistance measuring bridge. This means that a heating wire H1 can be evaluated by means of a simple electrical circuit, so that the function can be provided inexpensively.
  • the window heater also has a moisture sensor F.
  • a moisture sensor F it is also possible to determine the dew point temperature of the air on the inside of the pane S in a step 500 using a unit for determining.
  • a unit for determining can be implemented by means of a microcontroller, a microprocessor, an ASIC, an FPGA or other program engineering devices.
  • the unit for determining can also be part of an air conditioning system or a vehicle controller. From this it can be concluded that there is a fogging / impending fogging with the help of the specific temperature of the pane.
  • a comparison is made in a step 600 as to whether the specific temperature of the pane S is less than or equal to a temperature close to the dew point temperature.
  • the effect of the temperature gradient from the outer pane to the inner pane described above can be countered by selecting a limit near the dew point temperature.
  • the dew point temperature can be determined using a table of a p-T curve.
  • the window heating is switched on in a step 700 and the steps are then carried out again.
  • the window heating is switched off in a step 800 and the steps are then carried out again.
  • That Continuous monitoring can be implemented using a simple method.
  • the method for detecting (impending) fogging can also be designed independently of the steps for detecting ice (steps 100-400).
  • a moisture sensor F is arranged on or on the pane S.
  • the heater could be switched on immediately to remove the fog when measuring 100% humidity.
  • the window heater is part of a windshield. That the windshield can be used in a vehicle. Use with or with other discs - e.g. building glazing - is just as impossible as the use for side or rear windows of a vehicle.
  • any vehicle, in particular land vehicle such as Passenger cars, trucks, mobile work equipment, water vehicles, e.g. Ships, ferries, aircraft and spacecraft, e.g. Airplanes, helicopters, etc. meant.
  • a period of time is first waited for in step 50 before determining the temperature of the pane. That the inertia of the heat conduction within / on the pane S can be taken into account. This also enables a minimal operating time of the window heating. For example, a time of 2-30 seconds can be waited for.
  • a period of time is first waited in step 50, the period being dependent on a previously measured temperature of the pane and / or the switched-on / switched-off state of the pane heating.
  • the minimum operating time of the window heating can be varied. If, for example, the temperature difference is large and there is a condition for switching on, the duration can be selected longer, for example. If the temperature difference is small, however, the duration of the delay can be short. On the other hand, it would also be possible to conduct heat to the after switching off Waiting for disc S, so that the temperature of the heating wire H1 has approached the temperature of disc S more closely.
  • the invention can also be used for other sensors, such as Outside temperature sensors are used and used for the control.
  • the invention can be integrated in a vehicle without restricting generality, and existing systems can be used.
  • existing sensors e.g. Temperature sensors / humidity sensors of an air conditioning system, outside temperature sensors of an engine control system, etc. can be read out using the known vehicle bus systems (ODBC, etc.) and used for control purposes.
  • ODBC vehicle bus systems
  • control switching on / off
  • ODBC vehicle bus systems
  • the invention proposes the use of the pane itself as a temperature sensor, for example for successfully defrosting or removing the fitting.
  • the disk To remove the ice, the disk must have a temperature above the melting point of ice.
  • the window To remove misting, the window must be warmer than the dew point of the air.
  • Metallic conductors change their resistance as the temperature changes.
  • the electrical resistance of the window heating can be measured and stored once at a known temperature in order to increase the precision.
  • the window temperature can then be determined at any time by measuring the changed resistance in the vehicle being operated.
  • the disk S or the heating wires H1 ... HN in it itself can thus act as a temperature sensor.
  • This enables a fact-based automatic shutdown of the heating function by comparing the measured temperature with the outside temperature known in the vehicle in the event of defrosting, or the dew point temperature in the vehicle when there is a fitting.
  • the invention enables the heating functions in the case of electrically heated panes to be specifically switched off after the function has been successfully carried out. Bezeichnunqsliste

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  • Control Of Resistance Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Scheibenheizung mit intelligenter Überwachung aufweisend eine Scheibe (S), wobei auf oder in der Scheibe Heizdrähte (H1...HN) angeordnet sind, wobei der Widerstand der Heizdrähte temperaturabhängig ist, wobei zumindest ein bestimmter Heizdraht (H1) als temperatursensitiver Widerstand in einen Messkreis eingebunden ist, wobei abhängig von der so ermittelten Temperatur der Scheibe (S) die Scheibenheizung zu- oder abgeschaltet wird, wobei der Widerstand des bestimmten Heizdrahtes (H, H1) Teil einer Widerstandsmessbrücke ist, wobei die Scheibenheizung weiterhin einen Feuchtigkeitssensor (F) aufweist, welcher an oder auf der Scheibe (S) angeordnet ist, wobei die Scheibenheizung weiterhin eine Einheit zum Bestimmen der Taupunkttemperatur der Luft auf einer Seite der Scheibe (S) aufweist, wobei die Einheit zum Bestimmen geeignet ist zum Vergleichen, ob die bestimmte Temperatur der Scheibe (S) kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, und wobei wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, die Einheit zum Bestimmen geeignet ist die Scheibenheizung einzuschalten. Weiterhin betrifft die Erfindung Verfahren zur Steuerung einer Scheibenheizung.

Description

Scheibenheizung mit intelligenter Überwachung und Verfahren zur Steuerung einer
Scheibenheizung
Die Erfindung betrifft eine Scheibenheizung mit intelligenter Überwachung und Verfahren zur Steuerung einer Scheibenheizung.
Hintergrund der Erfindung
Es ist bekannt, dass Glasscheiben elektrisch beheizt werden können. Hierzu wird die elektrische Leitfähigkeit bzw. der Widerstand von Metallen als Heizfunktion verwendet. Dazu werden Metalle oder Metalllegierungen auf einer Scheibe aufgebracht. Alternativ oder zusätzlich können bei Verbundscheiben Metalle oder Metalllegierungen auch zwischen Scheiben angeordnet sein.
Die Metalle oder Metalllegierungen können dabei sowohl als flächige Beschichtung als auch als Leiter aufgebracht sein. Beispielsweise können elektrische Bahnen mit druckähnlichen Verfahren auf eine Scheibe aufgebracht werden.
Durch Variation der Fertigungsparameter kann der elektrische Widerstand einer Beschichtung oder Leiterbahn so eingestellt werden, dass sich mit einer vorgesehenen elektrischen Spannung die gewünschte Heizleistung einstellt.
Mittels einer Scheibenheizung ist es möglich z.B. bei einer Fahrzeugscheibe sowohl Eis auf der Außenseite (und/oder auf der Innenseite) des Fahrzeuges als auch Beschlag auf der Innenseite zu entfernen. In einfachster Weise wird dies durch den Nutzer selbst gesteuert.
Die Heizfunktion kann abgeschaltet werden, wenn der Beschlag oder die Vereisung entfernt ist. Da die Heizfunktion in Fahrzeugen die (Start-)Batterie belasten kann, wird mittlerweile in einigen Fahrzeugen die Heizfunktion nach einer vorbestimmten Zeit automatisch deaktiviert. Dabei wird eine vorbestimmte Zeit derart gewählt, dass unter typischen Bedingungen das Ziel Enteisung/Beschlagentfernung erreicht wird.
Allerdings funktioniert dies nur relativ unzuverlässig, da die Heizfunktion der Scheibe von den Eigenschaften der Heizelemente (z.B. Widerstand/Heizleistung) abhängig ist. Insofern muss hier großzügig abgeschätzt werden.
Um diesem Missstand zu begegnen wurde in der DE 101 25 639 A1 eine Scheibenheizung mit einem Anlernmodus vorgeschlagen. Allerdings geht diese Anmeldung lediglich auf den Widerstand der Scheibenheizung ein und verkennt, dass die Heizfunktion der Scheibe auch von anderen Eigenschaften wie z.B. den Eigenschaften der Scheibe (z.B. Dicke) und auch von den Eigenschaften der Verkabelung (z.B. Widerstand der Verkabelung, Kontaktwiderstände) und auch von der zur Verfügung stehenden Spannung (Batteriespannung ist abhängig vom Ladezustand) abhängig ist.
Aus der DE 10 2010 040 132 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die basierend auf Sensorwerten einen Einschaltvorgang und seine Dauer bestimmt. Allerdings berücksichtigt dieses Verfahren nicht die tatsächlichen Eigenschaften, die die Heizleistung betreffen. Zudem muss wiederum eine gewisse Sicherheitsmarge in der LookUp-Tabelle berücksichtigt werden, sodass unabhängig von den tatsächlichen Eigenschaften das Ziel Enteisung/Beschlagentfernung erreicht wird.
Aus der US Patentanmeldung US 2004 / 0 094 529 A1 und der der deutschen Offenlegungsschrift DE 24 429 24 A1 ist jeweils eine Scheibenheizung bekannt, bei der ein Heizdraht auch als Messwiderstand verwendet werden kann. Aus der europäischen EP 1 405 742 A1 ist eine weitere Scheibenheizung bekannt, die zudem auch einen im Innenraum platzierten Feuchtigkeitssensor aufweist. Zur Bestimmung wird auf aufwändige und kostenträchtige Windkanalversuche zurückgegriffen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 055 003 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Scheibenheizung bekannt, dass auch einen Regensensor als Sensor mitumfasst.
Mit der zunehmenden Verbreitung von elektrischen Antrieben in Fahrzeugen wird die Notwendigkeit eines energieeffizienten Betriebes immer drängender.
Jedoch vermögen die bisher bekannten Vorrichtungen und Verfahren es nicht einen effizienten Betrieb zur Verfügung zu stellen. Insbesondere erlauben es die bisherigen Verfahren und Vorrichtungen nicht sowohl eine Enteisung als auch eine Beschlags-Entfernung / Verhinderung auf Basis des tatsächlichen Geschehens und damit energieeffizient zur Verfügung zu stellen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Scheibenheizung bzw. ein verbessertes Verfahren für die Steuerung einer Scheibenheizung zur Verfügung zu stellen, die eine Verbesserung in Bezug auf die Energieeffizienz bietet.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Scheibenheizung mit intelligenter Überwachung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 .
Eine erfindungsgemäße Scheibenheizung mit intelligenter Überwachung weist zumindest eine Scheibe auf, wobei auf oder in der Scheibe Heizdrähte angeordnet sind, wobei der Widerstand der Heizdrähte temperaturabhängig ist, wobei zumindest ein bestimmter Heizdraht als temperatursensitiver Widerstand in einen Messkreis eingebunden ist, wobei abhängig von der so ermittelten Temperatur der Scheibe die Scheibenheizung zu- oder abgeschaltet wird.
Der Widerstand des bestimmten Heizdrahtes ist Teil einer Widerstandsmessbrücke. D.h. ein Heizdraht kann mittels einer einfachen elektrischen Schaltung ausgewertet werden, sodass die Funktion kostengünstig bereitgestellt werden kann.
An oder auf der Scheibe ist ein Feuchtigkeitssensor angeordnet. Weiterhin ist die Einheit zum Bestimmen zum Vergleichen geeignet, ob die bestimmte Temperatur der Scheibe kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, und wobei wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, die Einheit zum Bestimmen geeignet ist die Scheibenheizung einzuschalten. Insbesondere bevorzugt wird die Feuchtigkeit auf der Innenseite der Scheibe ermittelt. D.h. es wird eine bauraumsparende Anordnung ermöglicht.
Durch die Erfindung wird eine verbesserte Energieeffizienz zur Verfügung gestellt, da nunmehr der tatsächliche Zustand der Scheibe überwacht wird und somit abhängig vom erreichten Ziel Enteisung der Heizvorgang gezielt beendet werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Einheit zum Bestimmen weiterhin geeignet, wenn die bestimmte Temperatur nicht kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, die Scheibenheizung auszuschalten.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Scheibenheizung Teil einer Windschutzscheibe. D.h. die Windschutzscheibe kann in einem Fahrzeug verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Steuerung einer Scheibenheizung bereitgestellt. Das Verfahren weist einen Schritt des Bestimmens der Temperatur der Scheibe, einen Schritt des Vergleichens, ob die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt ist, und in Abhängigkeit vom Vergleich eines Einschaltens oder eines Ausschaltens der Scheibenheizung. Anschließend wird mittels einer Einheit zum Bestimmen verglichen, ob die bestimmte Temperatur der Scheibe kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist. Abhängig vom Vergleich wird - wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist - die Scheibenheizung eingeschaltet. Wenn hingegen die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, wird die Scheibenheizung ausgeschaltet und anschließend die Schritte erneut durchlaufen. Durch die Erfindung wird eine verbesserte Energieeffizienz zur Verfügung gestellt, da nunmehr der tatsächliche Zustand der Scheibe überwacht wird und somit abhängig vom erreichten Ziel Enteisung der Heizvorgang gezielt beendet werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Bestimmen der Temperatur der Scheibe zunächst eine Zeitspanne abgewartet. D.h. die Trägheit der Wärmeleitung innerhalb / auf der Scheibe kann berücksichtigt werden. Ebenso wird eine minimale Betriebsdauer der Scheibenheizung hierdurch ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Bestimmen der Temperatur der Scheibe zunächst eine Zeitspanne abgewartet, wobei die Spanne abhängig ist von einer zuvor gemessenen Temperatur der Scheibe und/oder des Einschaltzustandes/Ausschaltzustandes der Scheibenheizung. D.h. Abhängig von den Randbedingungen kann die minimale Betriebsdauer der Scheibenheizung variiert werden.
Kurzdarstellung der Zeichnungen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in exemplarischer Weise mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
Fig. 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Aufbaues mit einer erfindungsgemäßen Scheibenheizung.
Ausführliche Darstellung der Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung eingehender unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Dabei ist anzumerken, dass unterschiedliche Aspekte beschrieben werden, die jeweils einzeln oder in Kombination zum Einsatz kommen können. D.h. jeglicher Aspekt kann mit unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden soweit nicht explizit als reine Alternative dargestellt.
Weiterhin wird nachfolgend der Einfachheit halber in aller Regel immer nur auf eine Entität Bezug genommen werden. Soweit nicht explizit vermerkt, kann die Erfindung aber auch jeweils mehrere der betroffenen Entitäten aufweisen. Insofern ist die Verwendung der Wörter "ein", "eine" und "eines" nur als Hinweis darauf zu verstehen, dass in einer einfachen Ausführungsform zumindest eine Entität verwendet wird.
Soweit nachfolgend Verfahren beschrieben werden, sind die einzelnen Schritte eines Verfahrens in beliebiger Reihenfolge anordenbar und/oder kombinierbar, soweit sich durch den Zusammenhang nicht explizit etwas Abweichendes ergibt. Weiterhin sind die Verfahren - soweit nicht ausdrücklich anderweitig gekennzeichnet - untereinander kombinierbar.
Angaben mit Zahlenwerten sind in aller Regel nicht als exakte Werte zu verstehen, sondern beinhalten auch eine Toleranz von +/- 1 % bis zu +/- 10 %.
Bezugnahme auf Standards oder Spezifikationen oder Normen sind als Bezugnahme auf Standards bzw. Spezifikationen bzw. Normen, die zum Zeitpunkt der Anmeldung und/oder - soweit eine Priorität beansprucht wird - auch zum Zeitpunkt der Prioritätsanmeldung gelten / galten zu verstehen. Hiermit ist jedoch kein genereller Ausschluss der Anwendbarkeit auf nachfolgende oder ersetzende Standards oder Spezifikationen oder Normen zu verstehen.
Die Erfindung schlägt eine Scheibenheizung mit intelligenter Überwachung vor. Diese Scheibenheizung weist zunächst eine Scheibe S auf. Die Scheibe S kann eine einfache Glasscheibe oder eine Verbundglasscheibe sein. Ebenso kann die Scheibe S eine abschnittsweise ebene oder gekrümmte Form aufweisen.
Auf oder in der Scheibe S können ein Heizdraht oder mehrere Heizdrähte H1 ...HN angeordnet sein. Diese Heizdrähte können als Beschichtung und/oder mittels Druck aufgebracht sein, wobei es für die Erfindung keinen Einfluss hat, nach welchem Verfahren die Heizdrähte auf- oder eingebracht werden.
Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass der Widerstand der Heizdrähte temperaturabhängig ist. Bis auf wenige Ausnahmen (z.B. Konstantan) weisen Metalllegierungen ebenso wie Metalle einen Widerstand auf, der in aller Regel von der Temperatur (in erster Näherung) linear abhängig ist (zumindest in den hier interessierenden Temperaturbereichen, insbesondere von -40° C bis 100°C).
Nunmehr wird zumindest ein bestimmter Heizdraht - vorliegend wie Heizdraht H1 angenommen - als temperatursensitiver Widerstand in einen Messkreis eingebunden.
Die Einbindung kann dauerhaft sein oder aber alternierend zum Heizbetrieb. Dabei kann z.B. einem heizenden Gleichstrom ein Wechselspannungsanteil (z.B. über Pulsweitenmodulation) aufgeprägt sein, sodass der Wechselspannungsanteil über einen Kondensator an einen Messkreis ausgekoppelt werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich den Heizbetrieb kurzfristig zu unterbrechen und in einen Messbetrieb zu versetzen.
Beispielsweise kann der Heizdraht H1 als Teil einer temperaturveränderlichen Wheatstone’schen Messbrücke agieren, oder aber eine Differenzspannung über dem Heizdraht H1 mittels eines Operationsverstärkers ausgewertet werden. Hier sind dem Fachmann verschiedenste Messprinzipien eröffnet ohne auf die vorgenannten beschränkt zu sein.
Nunmehr kann mittels des Heizdrahtes H1 die Temperatur der Scheibe S in einem Schritt 100 bestimmt werden, dabei macht sich die Erfindung zu Nutze, dass die Scheibe S auf Grund der großen Wärmekapazität in aller Regel innerhalb kurzer Frist den Heizdraht H1 auf die Temperatur der Scheibe S zurückführt. D.h. die Temperatur der Scheibe S und des Heizdrahtes H1 stimmen im Nichtheizbetrieb in aller Regel überein, sodass aus der Temperatur des Heizdrahtes H1 unmittelbar die Temperatur der Scheibe S bestimmt werden kann. Dabei ist in aller Regel auch ein Temperaturgradient zwischen Innenseite und Außenseite einer Scheibe, der typischerweise bei wenigen (ca. 5° C) Grad liegt, ohne größere Auswirkung.
Nunmehr kann durch eine geeignete Auswerteeinrichtung, beispielsweise ein Microcontroller oder ein Microprozessor oder ein anwendungsspezifischer Schaltkreis CPU ausgewertet werden, welche Temperatur die Scheibe S / der Heizdraht H1 aufweist. Dies geschieht im einfachsten Fall durch Vergleichen in Schritt 200, ob die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe des Gefrierpunktes ist. Durch eine Wahl einer Grenze nahe des Gefrierpunktes, beispielsweise 5° C, kann dem oben beschriebenen Effekt des Temperaturgradienten von Außenscheibe zur Innenscheibe begegnet werden.
Wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt ist, kann nun in einem Schritt 300 die Scheibenheizung eingeschaltet werden und anschließend werden die Schritte erneut durchlaufen.
Wenn die bestimmte Temperatur nicht kleiner oder gleich einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt ist, kann nun in einem Schritt 400 die Scheibenheizung ausgeschaltet werden und anschließend werden die Schritte erneut durchlaufen.
D.h. mittels eines einfachen Verfahrens kann eine dauernde Überwachung realisiert werden.
Offensichtlich kann aber auch vorgesehen sein, dass das Verfahren nach Erreichen der Abschaltbedingung endet.
Durch die Erfindung wird eine verbesserte Energieeffizienz zur Verfügung gestellt, da nunmehr der tatsächliche Zustand der Scheibe überwacht wird und somit abhängig vom erreichten Ziel Enteisung der Heizvorgang gezielt beendet werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Widerstand des bestimmten Heizdrahtes H1 Teil einer Widerstandsmessbrücke. D.h. ein Heizdraht H1 kann mittels einer einfachen elektrischen Schaltung ausgewertet werden, sodass die Funktion kostengünstig bereitgestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Scheibenheizung weiterhin einen Feuchtigkeitssensor F auf.
Mittels eines Feuchtigkeitssensors F ist es möglich auch die Taupunkttemperatur der Luft auf der Innenseite der Scheibe S in einem Schritt 500 mittels einer Einheit zum Bestimmen zu bestimmen. Eine Einheit zum Bestimmen kann mittels eines Microcontrollers, eines Microprozessors, eines ASICs, eines FPGAs oder anderer programmtechnischer Einrichtungen realisiert sein. Insbesondere kann die Einheit zum Bestimmen auch Teil einer Klimaanlage oder einer Fahrzeugsteuerung sein. Hieraus kann auf eine Beschlagung / drohende Beschlagung unter Zuhilfenahme der bestimmten Temperatur der Scheibe geschlossen werden. Hierzu wird in einem Schritt 600 verglichen, ob die bestimmte Temperatur der Scheibe S kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist. Durch eine Wahl einer Grenze nahe der Taupunkttemperatur kann dem oben beschriebenen Effekt des Temperaturgradienten von Außenscheibe zur Innenscheibe begegnet werden. Die Taupunkttemperatur kann dabei mittels einer Tabelle einer p-T-Kurve ermittelt werden.
Wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, wird in einem Schritt 700 die Scheibenheizung eingeschaltet und anschließend werden die Schritte erneut durchlaufen.
Wenn die bestimmte Temperatur nicht kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, wird in einem Schritt 800 die Scheibenheizung ausgeschaltet und anschließend werden die Schritte erneut durchlaufen.
D.h. mittels eines einfachen Verfahrens kann eine dauernde Überwachung realisiert werden.
Offensichtlich kann aber auch vorgesehen sein, dass das Verfahren nach Erreichen der Abschaltbedingung endet.
Weiterhin offensichtlich kann aber auch das Verfahren zur Erkennung von (drohendem) Beschlag (Schritte 100, 500-800) unabhängig von den Schritten zur Erkennung von Eis (Schritte 100-400) ausgestaltet sein.
Durch die Erfindung wird eine verbesserte Energieeffizienz zur Verfügung gestellt, da nunmehr der tatsächliche Zustand der Scheibe überwacht wird und somit abhängig vom erreichten Ziel Beschlagentfernung der Heizvorgang gezielt beendet werden kann. In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Feuchtigkeitssensor F an oder auf der Scheibe S angeordnet.
Wenn ein Feuchtigkeitssensor an der Scheibe S ist, könnte bei Messung von 100% Luftfeuchtigkeit sofort die Heizung zur Beschlagentfernung eingeschaltet werden.
Dabei können in besonders einfacher Weise bereits bestehende Feuchtigkeitssensoren und Temperatursensoren, wie sie bereits heute in Fahrzeugen häufig anzutreffen sind, für die Zwecke der Heizungssteuerung verwendet werden, sodass es in aller Regel keiner weiteren Bauteile bedarf, sondern bestehende Bauteile übernommen werden können. D.h. es wird eine bauraumsparende Anordnung ermöglicht. Misst z.B. ein vielleicht aus anderen Gründen vorhandener Feuchtigkeitssensor die globale Feuchte der Luft, so kann aus der globalen Feuchte mit zugehöriger Temperatur und der lokalen Temperatur die Feuchtigkeit an der Scheibe errechnet werden. Das heißt, man kann einen Feuchtigkeitssensor pro Scheibe einsparen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Scheibenheizung Teil einer Windschutzscheibe. D.h. die Windschutzscheibe kann in einem Fahrzeug verwendet werden. Die Verwendung bei oder mit anderen Scheiben - z.B. einer Gebäudeverglasung - ist dabei ebenso wenig ausgeschlossen, wie die Verwendung für Seiten- oder Heckscheiben eines Fahrzeuges. Soweit vorstehend auf Fahrzeuge Bezug genommen wird ist damit jedes Fahrzeug, insbesondere Landfahrzeug, wie z.B. Personenkraftwagen, Lastwagen, fahrbare Arbeitsgeräte, Wasserfahrzeug, wie z.B. Schiffe, Fähren, Luft- und Raumfahrzeug, wie z.B. Flugzeuge, Helikopter, etc. gemeint.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Bestimmen der Temperatur der Scheibe zunächst eine Zeitspanne in Schritt 50 abgewartet. D.h. die Trägheit der Wärmeleitung innerhalb / auf der Scheibe S kann berücksichtigt werden. Ebenso wird eine minimale Betriebsdauer der Scheibenheizung hierdurch ermöglicht. Beispielsweise kann eine Zeit von 2-30 Sekunden gewartet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor dem Bestimmen der Temperatur der Scheibe in Schritt 100 zunächst in Schritt 50 eine Zeitspanne abgewartet, wobei die Spanne abhängig ist von einer zuvor gemessenen Temperatur der Scheibe und/oder des Einschaltzustandes/Ausschaltzustandes der Scheibenheizung.
D.h. abhängig von den Randbedingungen kann die minimale Betriebsdauer der Scheibenheizung variiert werden. Ist beispielsweise der Temperaturunterschied groß und liegt eine Bedingung für das Einschalten vor, so kann z.B. die Dauer länger gewählt sein. Ist der Temperaturunterschied klein kann hingegen die Dauer der Verzögerung klein sein. Andererseits wäre es auch möglich, nach einem Ausschalten eine Wärmeleitung an die Scheibe S abzuwarten, sodass die Temperatur des Heizdrahtes H1 sich stärker der Temperatur der Scheibe S angenähert hat.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können durch die Erfindung auch weitere Sensoren, wie z.B. Außentemperatur-Sensoren mitgenutzt werden und für die Steuerung mitverwendet werden.
Weiterhin kann ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Erfindung in einem Fahrzeug integriert sein, wobei auf bestehende Systeme zurückgegriffen werden kann. Beispielsweise können bestehenden Sensoren, wie z.B. Temperatursensoren / Feuchtigkeitssensoren einer Klimaanlage, Außentemperatursensoren einer Motorsteuerung etc. mittels der bekannten Fahrzeugbussysteme (ODBC, etc.) ausgelesen und zur Steuerung verwendet werden.
Ebenso kann die Steuerung (Ein-/Ausschalten) mittels der bekannten Fahrzeugbussysteme (ODBC, etc.) realisiert werden, sodass die zuvor beschriebene Steuerung bzw. die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte in eine bestehende Steuerung, z.B. Klimaautomatik, integriert sein können.
Die Erfindung schlägt die Nutzung der Scheibe selbst als Temperatursensor zum Beispiel für erfolgreiches Abtauen oder Entfernen des Beschlages vor. Für die Entfernung des Eises muss die Scheibe eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes von Eis haben. Für die Entfernung von Beschlag muss die Scheibe wärmer als der Taupunkt der Luft sein.
Metallische Leiter ändern ihren Widerstand mit veränderter Temperatur. Dabei kann der elektrische Widerstand der Scheibenheizung einmal bei bekannter Temperatur gemessen und gespeichert werden, um die Präzision zu erhöhen. Anschließend kann die Scheibentemperatur durch die Messung des veränderten Widerstands im betriebenen Fahrzeug jederzeit bestimmt werden.
Die Scheibe S bzw. die Heizdrähte H1 ... HN darin selbst können somit als Temperatursensor wirken. Hierdurch wird ein faktenbasiertes automatisches Abschalten der Heizfunktion durch Vergleich der gemessenen Temperatur mit der im Fahrzeug bekannten Außentemperatur im Enteisungsfall, bzw. der Taupunkttemperatur im Fahrzeug beim Beschlagfall ermöglicht. D.h. durch die Erfindung wird ein gezieltes Abschalten der Heizfunktionen bei elektrisch beheizten Scheiben nach erfolgreich ausgeführter Funktion ermöglicht. Bezeichnunqsliste
S Scheibe
H1 ...HN Heizdraht
F Feuchtigkeitssensor
Verfahrensschritte
50 Abwarten einer Zeitspanne
100 Bestimmen der T emperatur der Scheibe (S)
200 Vergleichen, ob die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt ist
300 Einschalten der Scheibenheizung
400 Ausschalten der Scheibenheizung
500 Bestimmen der Taupunkttemperatur der Luft auf einer Seite der Scheibe (S)
600 Vergleichen, ob die bestimmte Temperatur der Scheibe (S) kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist
700 Einschalten der Scheibenheizung
800 Ausschalten der Scheibenheizung

Claims

Ansprüche
1. Scheibenheizung mit intelligenter Überwachung aufweisend eine Scheibe (S), wobei auf oder in der Scheibe Heizdrähte (H1...HN) angeordnet sind, wobei der Widerstand der Heizdrähte temperaturabhängig ist, wobei zumindest ein bestimmter Heizdraht (H1 ) als temperatursensitiver Widerstand in einen Messkreis eingebunden ist, wobei abhängig von der so ermittelten Temperatur der Scheibe (S) die Scheibenheizung zu- oder abgeschaltet wird, wobei der Widerstand des bestimmten Heizdrahtes (H, H1 ) Teil einer Widerstandsmessbrücke ist, wobei die Scheibenheizung weiterhin einen Feuchtigkeitssensor (F) aufweist, welcher an oder auf der Scheibe (S) angeordnet ist, wobei die Scheibenheizung weiterhin eine Einheit zum Bestimmen der Taupunkttemperatur der Luft auf einer Seite der Scheibe (S) aufweist, wobei die Einheit zum Bestimmen geeignet ist zum Vergleichen, ob die bestimmte Temperatur der Scheibe (S) kleiner oder gleich einerTemperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, und wobei wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, die Einheit zum Bestimmen geeignet ist die Scheibenheizung einzuschalten.
2. Scheibenheizung nach Anspruch 1 , wobei die Einheit zum Bestimmen weiterhin geeignet ist, wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, die Scheibenheizung auszuschalten.
3. Windschutzscheibe mit Scheibenheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
4. Verwendung einer Windschutzscheibe gemäß Anspruch 3 in einem Fahrzeug.
5. Verfahren zur Steuerung einer Scheibenheizung nach dem vorhergehenden Anspruch 1 oder 2, aufweisend die Schritte:
• Bestimmen (100) der Temperatur der Scheibe (S),
• Vergleichen (200), ob die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt ist,
• Wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe dem Gefrierpunkt ist, Einschalten (300) der Scheibenheizung und anschließend erneutes Durchlaufen der Schritte,
• das Verfahren weiterhin aufweisend die Schritte: • Bestimmen (500) der Taupunkttemperatur der Luft auf einer Seite der Scheibe
(S),
• Vergleichen (600), ob die bestimmte Temperatur der Scheibe (S) kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist,
• Wenn die bestimmte Temperatur kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, Einschalten (700) der Scheibenheizung und anschließend erneutes Durchlaufen der Schritte.
• Wenn die bestimmte Temperatur nicht kleiner oder gleich einer Temperatur nahe der Taupunkttemperatur ist, Ausschalten (800) der Scheibenheizung und anschließend erneutes Durchlaufen der Schritte.
6. Verfahren zur Steuerung einer Scheibenheizung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bestimmen (100) der Temperatur der Scheibe (S) zunächst eine Zeitspanne abgewartet (50) wird.
7. Verfahren zur Steuerung einer Scheibenheizung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bestimmen (100) der Temperatur der Scheibe (S) zunächst eine Zeitspanne abgewartet (50) wird, wobei die Spanne abhängig ist von einer zuvor gemessenen Temperatur der Scheibe und/oder des Einschalt- /Ausschaltzustandes der Scheibenheizung.
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