WO2021048106A1

WO2021048106A1 - Heizvorrichtung für einen fahrzeuginnenraum eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: WO2021048106A1
Application number: PCT/EP2020/075044
Authority: WO
Inventors: Thomas Börnchen; Willi Parsch
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2021-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung (4, 4') für einen Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Heizstrahler (2, 2') mit einem evakuierten Kolben (8, 68) und mit einer darin aufgenommenen Strahlungsquelle (6, 6') zur Erzeugung einer Wärmestrahlung, sowie einen Verstellantrieb (54) zum Verstellen des Heizstrahlers (2, 2').

Description

Beschreibung

Heizvorrichtung für einen Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für einen Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Wärme strahlung.

Bei Kraftfahrzeugen sind regelmäßig Klimasysteme eingebaut, welche den Fahr zeuginnenraum klimatisieren, also die Luft im Fahrzeuginnenraum beispielsweise in einen gewünschten Temperatur- und/oder (Luft-)Feuchtebereich bringen oder halten (konditionieren). Hierzu weisen Klimasysteme beispielsweise eine Einlei tung von Fahrwind, Lüftungsanlagen, Fahrzeugheizung und/oder (Fahr-zeug- )Klimaanlagen auf.

Derartige Klimaanlagen weisen grundsätzlich einen Kreislauf auf, in dem ein Käl temittel geführt ist. Das Kältemittel, beispielsweise R-134a (1,1,1 ,2-Tetrafluor- ethan) oder R-744 (Kohlenstoffdioxid), wird an einem Verdampfer erwärmt und mittels eines (Kältemittel-)Verdichters beziehungsweise Kompressors verdichtet, wobei das Kältemittel anschließend über einen Wärmetauscher die aufgenomme ne Wärme wieder abgibt, bevor es über eine Drossel (Expansionsventil, Expansi onsorgan) erneut zum Verdampfer geführt wird.

Fahrzeuginnenräume oder Fahrgastkabinen weisen eine vergleichsweise geringe thermische Isolierung auf. Dadurch kann es im Sommer bei Sonneneinstrahlung zu einer erheblichen Erwärmung des Fahrzeuginnenraums, also insbesondere der Einbauten und der Innenraum luft, kommen. Entsprechend bewirkt die geringe thermische Isolierung der Fahrgastkabine im Winter einen erhöhten Heizenergie bedarf.

Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor heizen bei niedrigen Umgebungstemperaturen die Fahrgastkabine mit der Verlustwärme des Motors. Elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahr zeugen, insbesondere Batteriefahrzeugen, fehlt diese Verlustwärme. Der resultie rende Heizleistungsbedarf kann bei niedrigen Außentemperaturen die mittlere An triebsleistung von Batteriefahrzeugen übersteigen und damit die Reichweite mehr als halbieren.

Zusätzlich zu einer Raumluftheizung weisen Klimasysteme häufig auch eine Sitz heizung auf. Nachteiligerweise wärmt eine Sitzheizung lediglich den hinteren Kör perbereich, insbesondere den Rücken und das Gesäß, des Fahrzeugnutzers, so dass zusätzliche Maßnahmen notwendig sind, um die übrigen Körperbereiche, insbesondere den Kopf, die Arme, die Hände, die Beine, oder die Füße zu erwär men.

Aus der DE 19808571 A1 ist eine Heizvorrichtung für einen Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche mindestens einen fest im Fahrzeuginnen raum montierten Infrarotstrahler aufweist.

In der US 3,619,555 A1 ist eine Heizvorrichtung für einen Fahrzeuginnenraum ei nes Kraftfahrzeugs beschrieben, bei welchem ein Infrarotstrahler von einer Unter- seite des Armaturenbretts aus verstellbar gelagert ist. Der Infrarotstrahler weist ein langgestrecktes Widerstandsheizelement auf, welches von einem inneren Filter rohr umgeben ist. Ein äußeres Schutzrohr mit größerem Durchmesser umgibt das Filterrohr im Abstand dazu. Der Raum zwischen den Röhren ist belüftet, um die äußere Röhre thermisch zu isolieren und einen unerwünschten Temperaturanstieg während des Heizbetriebs zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Heizvorrich tung zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraums anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran sprüche. Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug geeignet und ein gerichtet. Die Heizvorrichtung ist hierbei insbesondere zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraums, insbesondere einer Fahrgastzelle oder einen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs, ausgebildet. Unter einer Temperierung wird hier und im Fol- genden insbesondere eine Erwärmung, also eine Erhöhung der Temperatur des Fahrzeuginnenraums beziehungsweise einer darin befindlichen Luft verstanden. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als ein elektrisch angetriebenes oder antreib- bares Kraftfahrzeug, insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, ausge führt.

Erfindungsgemäß weist die Heizvorrichtung einen evakuierten Kolben, insbeson dere einem Glaskolben, vorzugsweise einem Quarzglaskolben, mit einer darin aufgenommenen Strahlungsquelle zur Erzeugung einer Wärmestrahlung auf. Der Kolben und die Strahlungsquelle sind somit als ein Heizstrahler ausgeführt. Unter einem Heizstrahler wird hierbei eine insbesondere elektrische Wärmequelle ver standen, welche mit einer hohen Übertemperatur im Wesentlichen radiativ Wärme in den Fahrzeuginnenraum einbringt. Die Heizvorrichtung weist weiterhin einen insbesondere elektromotorischen Verstellantrieb auf, um den Kolben entlang eines Verstellwegs zu verstellen. Dadurch ist eine besonders geeignete Heizvorrichtung realisiert.

Evakuiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich in dem vom Kolben ein geschlossene Raum kein wärmeleitendes Luftmedium befindet. Der insbesondere gas- oder fluiddichte Raum ist also im Wesentlichen luftleer, so dass ein Wär- metransport durch Konvektion oder Wärmeleitung im Kolben verhindert oder zu mindest deutlich reduziert wird. Dadurch wird eine Oberflächentemperatur des Kolbens gewährleistet, welche Berührungsschutzanforderungen genügt.

Der Kolben ist hierbei strahlungsdurchlässig oder transparent für die Wärmestrah lung. Dies bedeutet, dass die Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, im Wesentlichen ungehindert, also ohne Wesentliche Abschwächung oder Absorpti on, durch das Material des Kolbens hindurchtreten kann. Durch die vom Heizstrahler emittierte oder ausgestrahlte Wärmestrahlung wird welche bei einem Fahrzeugnutzer ein unmittelbarer Wärmeeindruck bewirkt.

Durch den unmittelbaren Wärmeeindruck auf der Haut und die direkte Wirkung auf Einbauten ist es möglich, die mittlere Lufttemperatur im Fahrzeuginnenraum um mehrere Kelvin (K) zu senken, wodurch der sehr hohe elektrische Heizleistungs bedarf bei einem elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeug (Last spitzen circa 7 kW) signifikant im kW-Bereich (Kilowatt) reduziert wird. Die Fahr zeugheizung ist somit kleiner dimensionierbar, des Weiteren können Lenkradhei zung und Frontscheibenheizung entfallen. Dadurch wird die Energieeffizienz des Kraftfahrzeugs durch die erfindungsgemäße Heizvorrichtung verbessert.

Die Heizvorrichtung ermöglicht unter anderem eine verbesserte Erwärmung ins besondere von Kopf, Schultergürtel, Armen, Händen, reduzierte Zuluft, und ein vermindertes Zugluftempfinden. Dadurch wird die thermische Behaglichkeit für den Fahrzeugnutzer verbessert.

Durch den Verstellantrieb ist der Kolben beispielsweise von einer Parkstellung in eine Betriebsstellung verfahrbar. In einer geeigneten Anwendung ist die Heizvor richtung beispielsweise im Bereich eines Armaturenbretts verbaut, wobei die Parkstellung unterhalb einer Armaturenverkleidung (Armaturentafel) oder Blende angeordnet ist, und die Betriebsstellung oberhalb. Die Armaturenverkleidung weist beispielsweise eine Aussparung oder Durchführöffnung auf, durch welche der Kolben zumindest abschnittsweise hindurchgeführt wird, wenn er in die Betriebs stellung verstellt wird. Die Armaturentafel weist hierbei beispielsweise bewegliche Verschlusselemente zur Abdeckung oder Verschließung der Aussparung auf, wenn sich der Heizstrahler in der Parkstellung befindet. Die Verschlusselemente sind beispielsweise drehbar oder als Lamellen in einer Bahn gleitend angeordnet.

Somit ist es beispielsweise möglich bei einem Fahren ohne Heizungsbedarf den Kolben in die Parkposition abzusenken. Hierzu ist der Kolben über eine Halterung mit dem Verstellantrieb gekoppelt. Die Halterung ist mit der Armaturentafel fest verbunden, und ist zwischen einer oberen und einer unteren Endlage (Betriebs stellung, Parkstellung) verschiebebeweglich gelagert. An der ortsfesten Halterung ist vorzugsweise im Bodenbereich ein elektrischer Antrieb angeordnet, welcher über einen Mechanismus, zum Beispiel über einen Seilzug, mit der beweglichen Halterung gekoppelt ist.

Um die Folgen eines Glasbruchs im Falle einer Kollision zu minimieren, ist ein Schnelleinzug vorgesehen, der beispielsweise durch gespeicherte Federenergie angetrieben werden kann. Erkennt ein Steuergerät eine bevorstehende Kollision, schaltet es den Heizstrahler aus und aktiviert den Schnelleinzug, so dass der Kol ben vor Beginn der Kollision in die Parkposition eingezogen wird.

Im Betrieb des Heizstrahlers soll weiterhin ein Mindestabstand zu den Insassen gewahrt bleiben, um übermäßigem Wärmeeintrag vorzubeugen. Dazu ist im Fahr zeuginnenraum vorzugsweise eine Insassen-Positionserkennung vorgesehen. Bei Unterschreitung des Mindestabstands, zum Beispiel bei einem Versuch den Heiz strahler beziehungsweise den Kolben zu berühren, wird vorzugsweise ein Signal licht als Warnung aktiviert, und nach einem kurzen (ersten) Zeitraum die Heizleis tung reduziert. Sofern der Mindestabstand nach der ersten Zeitdauer weiterhin unterschritten wird, wird der Heizstrahler nach einem weiteren (zweiten) Zeitraum ausgeschaltet, und bei Fortbestehen der Abstandsunterschreitung nach einem weiteren (dritten) Zeitraum in die Parkstellung abgesenkt.

Die Strahlungsquelle ist beispielsweise als ein Innenrohr mit einem darin angeord neten Heizdraht, insbesondere mit einer Kanthal-Wendel, ausgeführt. Die Strah lungsquelle ist hierbei insbesondere als ein Mittelwellenstrahler ausgeführt. Das Innenrohr ist beispielsweise zur Kühlung des Heizdrahts mit einem Luftstrom durchströmt.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Strahlungsquelle als ein plattenförmiges Trägerelement mit einer darauf aufgedruckten Filamentschicht ausgeführt. Die Filamentschicht weist beispielsweise ein (Heiz-)Filament in Form einer insbeson dere mäanderförmig angeordneten Leiterbahn auf. Bei einer Bestromung erzeugt die Filamentschicht eine Wärmestrahlung im mittleren Infrarotbereichspektrum. Unter dem mittleren Infrarotbereichspektrum sind hierbei insbesondere Wellenlän gen von etwa 2 pm (Mikrometer) bis etwa 3,5 pm zu verstehen. Derartige Infrarot strahlung wird von Wasser annähernd vollständig absorbiert, so dass diese Strah lung auch von einer Hautoberflächen besonders gut aufgenommen wird, wodurch eine unmittelbare Wärmeempfindung bei einem Fahrzeugnutzer bewirkbar ist.

In einer denkbaren Ausgestaltung ist die Filamentschicht mit zwei Zuleitungen kontaktiert, welche auf einer Sockelplatte zu einem Boden des Kolbens (Kolben boden) geführt sind. In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind die Zuleitungen hierbei gasdicht durch den Kolbenboden geführt, so dass eine zuverlässige Kon taktierung und Bestromung der Filamentschicht ermöglicht ist, ohne das Vakuum - und somit den Berührungsschutz - des Kolbens nachteilig zu beeinflussen. Für einen möglichst geringen ohmschen Widerstand der Zuleitung weisen diese vor zugsweise breitere oder dickere Leiterbahnen als die Filamentschicht auf.

Der Heizbereich der Strahlungsquelle weist im Betrieb beispielsweise eine Tempe ratur von etwa 1000 °C (Grad Celsius) auf. Die Sockelplatte weist hierbei einen möglichst hohen thermischen Widerstand auf, um einen großen Temperaturgradi enten und eine möglichst niedrige Temperatur am Boden zu erzielen. In einer ge- eigneten Ausbildung sind in die Sockelplatte Schlitze, also lichte (Material-

Aussparungen, eingebracht. Die Schlitze erstrecken sich hierbei beispielsweise von einer außenumfangsseitigen Kante zu einer Mittenachse der Sockelplatte. Die Zuleitungen sind hierbei etwa zickzackförmig um die Schlitze herumgeführt. Durch die Schlitze wird der thermische Widerstand der Sockelplatte erhöht, wodurch eine verbesserte thermische Isolierung des Kolbenbodens gegenüber der Strahlungs quelle realisiert ist.

Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Kolben luftgekühlt ist. Hierzu ist beispielsweise eine aus Kunststoff-Formteilen gebildete Luftführung vorgesehen, welche eine kalte Kühlluft von einem Fahrzeug-Klima gerät vorzugsweise spiralförmig um den unteren Bereich des Kolbens, also den Bereich des Kolbens unterhalb der Armaturentafel, führt. Vorteilhaft ist dabei eine verbesserte Kühlwirkung durch zusätzliche erzwungene Konvektion entlang einer relativ großen Wärmeaustauschfläche bewirkt. Zudem ist die abgeführte Wärme für die Innenlufttemperierung nutzbar.

Aufgrund von Transmissionsverlusten im Kolben ist mit einer relativ höheren Ober flächentemperatur im Durchtrittsbereich der Strahlungshauptachse zu rechnen.

Zur weiteren Verbesserung der Berührschutzsicherheit ist daher in einer vorteilhaf ten Ausgestaltung eine den Kolben umschließende, strahlungsdurchlässige Haube aufgesetzt. Ein zwischen der Haube und dem Kolben gebildeter Zwischenraum ist hierbei als eine Luftführung zur Kühlung des Kolbens beziehungsweise der Kol benoberfläche ausgeführt. Dies bedeutet, dass der Kolben und die Haube bei spielsweise so geformt sind, dass zwei Zwischenräume entstehen, in welchen die Kühlluft auf- und abströmt und so vollständig die Oberfläche des Kolben über strömt, vorzugsweise von der Rückseite niedrigerer zur Vorderseite höherer Tem peratur, und ihn so zusätzlich kühlt.

Durch die somit verbesserte Kühlwirkung lässt sich bei unveränderter Berührtem peratur die zulässige Filamenttemperatur der Strahlungsquelle steigern und somit die Strahlungs- und Wärmeleistung erhöhen.

Um einer übermäßigen Erwärmung von nahen Einbauteilen vorzubeugen, insbe sondere im Bereich der Armaturentafel oder einem Lenkrad, ist es in einer zweckmäßigen Weiterbildung vorgesehen eine strahlungsundurchlässige, also absorbierende oder insbesondere reflektierende, Abschattungsschicht auf die Haube aufzubringen. Die Abschattungsschicht ist insbesondere als eine Beschich tung der Haube ausgeführt. Der Kantenverlauf der insbesondere infrarotreflektie renden und damit abschattenden Beschichtung bestimmt hierbei im Wesentlichen die Form des Wärmestrahlungskegels des Heizstrahlers. Die Beschichtung ist im Sinne einer möglichst wirksamen Abschattung mit Abstand zur Filamentfläche, auf der (Hauben-)lnnenseite der Haube vorgesehen. Die Abschattungsschicht ist bei spielsweise abschnittweise oder umlaufend ausgeführt. In einer möglichen Wei terbildungsform ist die Abschattungsschicht als eine aufgedampfte, dünne Gold schicht ausgeführt. In einer bevorzugten Ausführung ist das Trägerelement an einer im Montagezu stand dem Fahrzeuginnenraum abgewandten Rückseite mit einer strahlungsre flektierenden Reflexionsschicht versehen. Dies bedeutet, dass das Trägerelement im Heizbereich auf der der Filamentschicht abgewandten Seite eine Reflexions- Schicht aufweist. Diese Rückseite ist bei einer Integration in die Armaturentafel zur Windschutzscheibe oder Frontscheibe hin orientiert. Die Reflexionsschicht ist bei spielsweise in einem oberen Bereich der Rückseite ausgespart. Dadurch kann Wärmestrahlung in diesen Bereich zur Windschutzscheibe hin austreten. Dies er möglicht ein beschleunigtes und großflächiges Enttauen der Frontscheibe und teilweise vorderen Seitenscheiben. Dadurch wird die Sicherheit bei einer Fahr zeugfahrt verbessert. Des Weiteren wird die Warmluftführung und der Ausströmer für das Enttauen vereinfacht oder kann vollständig entfallen.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist die Filamentschicht in zwei oder mehr Parallelwiderstände segmentiert, so dass sich die Strahlungsleistung des Heiz strahlers in Stufen anpassen lässt, ohne das abgestrahlte Spektrum zu verschie ben, wie es bei einer Spannungsanpassung geschehen würde.

In einer möglichen Weiterbildungsform ist auch eine Kombination aus Segmentie- rung und Spannungsanpassung denkbar.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischen und vereinfachten Darstellungen:

Fig. 1 in Seitenansicht eine Heizvorrichtung mit einem Heizstrahler, Fig. 2 in Seitenansicht den Heizstrahler in einer Einbausituation in einer Arma turentafel,

Fig. 3 in Drauf- und Seitenansicht den Heizstrahler in einer zweiten Ausfüh rungsform mit einer Luftführung,

Fig. 4 in Drauf- und Seitenansicht die Luftführung des Heizstrahlers gemäß Fig. 3 in der Einbausituation,

Fig. 5 in Seitenansicht den Heizstrahler mit einer Reflexionsschicht zur Beein flussung der Abstrahlcharakteristik, Fig. 6a in Seitenansicht den Heizstrahler in einer dritten Ausführungsform mit einer segmentierten Filamentschicht,

Fig. 6b in vereinfachter Darstellung den Heizstrahler gern. Fig. 6a,

Fig. 7 einen Verstellantrieb der Heizvorrichtung,

Fig. 8 eine vierte Ausführungsform der Heizvorrichtung,

Fig. 9 in Seitenansicht die Heizvorrichtung gern. Fig. 8 in einer Betriebsstellung, und

Fig. 10 in Seitenansicht die Heizvorrichtung gern. Fig. 8 in einer Parkstellung.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den glei chen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist ein Heizstrahler 2 einer Heizvorrichtung 4 gezeigt. Die Heizvorrich tung 4 ist zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraums eines nicht näher gezeig- ten Kraftfahrzeugs vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Der Heiz strahler 2 ist insbesondere als ein Infrarot-Heizstrahler ausgeführt und weist eine (Infrarot-)Strahlungsquelle 6 sowie eine diesen aufnehmenden Kolben 8 auf. Der Kolben 8 weist untergrundseitig einen Kolbenboden 10 auf, so dass zwischen dem Kolben 8 und dem Kolbenboden 10 ein abgeschlossener Raum gebildet ist. Dieser Raum ist evakuiert, dies bedeutet, dass ein Vakuum im Raum vorliegt. Das Vaku um verhindert eine konvektive Wärmeübertragung zwischen der Strahlungsquel le 6 und dem Kolben 8.

Der Kolben 8 und Kolbenboden 10 sind vorzugsweise aus einem Quarzglas her- gestellt, und ist für die von der Strahlungsquelle 6 emittierte oder ausgestrahlte Wärmestrahlung transparent. Die Strahlungsquelle 6 ist unter Vakuum, so dass durch den Kolben 8 Wärmestrahlung insbesondere im mittleren Infrarotspektrum emittiert wird, und zugleich die Oberflächentemperatur des Kolbens 8 Berühr schutzanforderungen einhält.

Die Strahlungsquelle 6 weist ein etwa plattenförmiges Trägerelement 12 aus ge schwärztem Quarzglas auf, das auf einer dem Fahrzeuginnenraum zugewandten (Vorder-)Seite eine aufgedruckte, insbesondere mäanderförmig verlaufende, Fila- mentschicht 14 als Heiz- und Strahlungsbereich aufweist. Das Trägerelement 12 ist hierbei insbesondere als ein schwarzer Körper mit möglichst hoher Emissivität ausgeführt. Die Strahlungsquelle 6 weist weiterhin einen unteren Sockel- oder Isolierbereich in Form einer Sockelplatte 16 auf, welche beispielsweise ebenfalls aus Quarzglas hergestellt ist. Auf der Sockelplatte 16 ist eine ebenfalls gedruckte Zuleitungs schicht mit zwei Zuleitungen 18 aufgebracht. Für einen möglichst geringen ohm schen Widerstand der Zuleitung 18 sind deren Leiterbahnen breiter und dicker ausgeführt als die gedruckte Leiterbahn der Filamentschicht 14.

Der Heizbereich der Strahlungsquelle 6 weist im Betrieb eine Temperatur von cir ca 1000° C auf. Die Sockelplatte 16 weist hierbei einen möglichst hohen thermi schen Widerstand auf, um einen großen Temperaturgradienten und somit eine möglichst niedrige Temperatur am Kolbenboden 10 zu realisieren. Zur Erhöhung des thermischen Widerstands weist die Sockelplatte 16 drei Schlitze 20 auf, wel che abwechselnd in die Langseiten der Sockelplatte 16 eingebracht sind. Die Zu leitungen 18 sind hierbei - wie insbesondere in der Fig. 1 ersichtlich - etwa zick zackförmig um die Schlitze 20 herum zu dem Kolbenboden 10 geführt. Die aufge- druckten Zuleitungen 18 sind gasdicht durch den Kolbenboden 10 hindurchgeführt und sind am unteren Ende elektrisch mit einem Fahrzeugbordnetz kontaktiert.

Die Heizvorrichtung 2 ist im Montagezustand im Bereich eines Armaturenbretts oder Armaturentafel 22, insbesondere im Bereich einer Windschutz- oder Front- scheibe 24 (Fig. 5) verbaut. Der Kolben 8 ist hierbei von einem Halter 26 aufge nommen. Der Halter 26 ist mit der Innenverkleidung bzw. der Armaturentafel 22 verbunden, wobei die Fügestelle mit einer Blende 28 verschlossen ist.

Eine aus einem oder mehreren Kunststoff-Formteilen gebildete spiralförmige Luft- führung 30 ist am unteren Bereich des Kolbens 8 angeordnet. Im Betrieb wird eine kalte Kühlluft 32, also ein Luftstrom mit einer Temperatur kleiner als die Oberflä chentemperatur des Kolbens 8, von einem nicht näher gezeigten Klimagerät durch die Luftführung 30 geleitet. Vorteilhaft ist dabei eine verbesserte Kühlwirkung durch zusätzliche erzwungene Konvektion entlang einer relativ großen Wärmeaus tauschfläche. Zudem ist die von der erwärmten Kühlluft 32 transportierte Verlust wärme für die Innenlufttemperierung des Fahrzeuginnenraums nutzbar. Aufgrund von Transmissionsverlusten im Kolben 8 ist mit einer relativ höheren Oberflächentemperatur im Durchtrittsbereich der Strahlungshauptachse zu rech nen. Zur Verbesserung der Berührschutzsicherheit ist daher eine den Kolben 8 umschließende, ebenfalls infrarotdurchlässige, Haube 34 vorgesehen. Wie in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 und 4 ersichtlich ist, sind der Kolben 8 und die Haube 34 insbesondere derart geformt, dass zwei Zwischenräume 36, 38 als Luft führungen gebildet werden, in denen eine von der Luftführung 30 eingeleitete Kühlluft 32 auf- und abströmt, und so die Oberfläche von Kolben 8 vollständig überströmt. Vorzugsweise strömt die Kühlluft 32 von einer der Windschutzscheibe 24 zugewandten Rückseite der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Vordersei- te des Kolbens 8 und kühlt diese zusätzlich zu der Luftführung 30.

In dieser Ausführung weist die Strahlungsquelle 6 zwei in einem Winkel zueinan der orientierte Trägerelemente 12 auf. Die schräge Anordnung der Trägerelemen te 12 ermöglicht eine asymmetrische, besser an die Fahrzeugkabine angepasste, Abstrahlcharakteristik der Strahlungsquelle 6.

Anhand der Fig. 4 ist die Führung oder der Strömungspfad der Kühlluft 32 nach folgend näher erläutert. Hierbei sind im Wesentlichen drei Strömungspfade 36, 38, 40 für die Kühlluft 32 vorgesehen.

Der in der Fig. 4 punktiert dargestellte Strömungspfad 36 verläuft außen um die Haube 34, wobei die Kühlluft 32 aus Öffnungen in der Blende 28 austritt. Bei dem in Fig. 4 durchgezogen dargestellten Strömungspfad 38 umströmt die Kühlluft 32 den Kolben 8. Der strichliniert gezeigte Strömungspfad 40 durch einen Kanal, wel- eher durch den Kolbenboden 10 und die Zuleitungen 18 gebildet ist. Durch die verbesserte Kühlwirkung lässt sich bei unveränderter Berührtemperatur die zuläs sige Filamenttemperatur der Filamentschichten 14 steigern und somit die Strah lungsleistung der Strahlungsquelle 8 erhöhen. Um einer übermäßigen Erwärmung von nahen Einbauteilen vorzubeugen, insbe sondere der Armaturentafel 22 und einem Lenkrad, wird eine strahlungsreflektie rende und damit abschattende Beschichtung als Abschattungsschicht 42 an der Kolben- und/oder Haubeninnenseite aufgebracht, deren Kantenverlauf die Form des Wärmestrahlungskegels bestimmt. Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.

Die Abschattungsschicht 42 ist im Sinne einer möglichst wirksamen Abschattung mit Abstand zur Filamentschicht 14, vorzugsweise auf der Innenseite der Haube 34, vorgesehen. Die Abschattungsschicht 42 ist beispielsweise abschnittweise oder umlaufend ausgeführt, und ist vorzugsweise als eine aufgedampfte, dünnen Goldschicht ausgebildet.

Die Fig. 5 zeigt schematisch eine mit Pfeilen und Linien dargestellte Abstrahlcha rakteristik des Heizstrahlers 2. Das Trägerelement 12 weist im Heizbereich auf der der Filamentschicht 14 abgewandten Rückseite eine Reflexionsschicht 44 auf. Die Rückseite ist bei der Integration in die Armaturentafel 22 zur Windschutzscheibe 24 gerichtet. Die Reflexionsschicht 44 ist auf der Rückseite in einem oberen Be reich 44 des Trägerelements 12 ausgespart. Wie in der Fig. 5 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, wird somit eine Abstrahlung der erzeugten Wärmestrahlung in Richtung der Windschutzscheibe 24 ermöglicht, wodurch insbesondere im Win- ter eine beschleunigte Enttauung der Windschutzscheibe 24 realisierbar ist.

In der Fig. 6a und 6b ist ein drittes Ausführungsbeispiel des Heizstrahlers 4 ge zeigt. In dieser Ausführungsform ist die Filamentschicht 14 der Strahlungsquelle 6 in drei Parallelwiderstände oder Filamente beziehungsweise Leiterbahnen 46, 48 50 segmentiert, so dass sich die Strahlungsleistung in Stufen mittels eines Bedie nelements 52 einstellen lässt, ohne das abgestrahlte Spektrum zu verschieben, wie es bei einer Spannungsanpassung eintreten würde. Im Betrieb kann auch eine Kombination aus Segmentierung und Spannungsanpassung vorteilhaft sein. In der Fig. 7 ist ein Verstellantrieb 54 der Heizvorrichtung 4 gezeigt. Bei einer Be tätigung des Verstellantriebs 54 wird der Heizstrahler 2 in seiner (Strahler- Position verfahren. Der Heizstrahler 2 ist hierbei reversibel zwischen einer Be- triebsstellung B, welche die höchstmögliche Position darstellt, bei welcher der Heizstrahler 2 zumindest teilweise der Armaturentafel 22 übersteht, und einer Parkstellung P, welche die tiefst mögliche Position darstellt, bei welcher der Heiz strahler 2 im Wesentlichen vollständig in der Armaturentafel 22 versenkt oder ein gefahren ist, verfahrbar. In der Betriebsstellung ist der Heizstrahler 2 in der Fig. 7 lediglich gestrichelt angedeutet. Mit durchgezogenen Linien ist der Heizstrahler 2 dagegen in der Parkstellung P dargestellt.

Beim Fahren ohne Heizungsbedarf ist es vorteilhaft, den Heizstrahler 2 in die Parkposition P abzusenken. Hierzu ist eine mit dem Kolben 8 und mit der Haube 34 gekoppelte Haltevorrichtung 56 vorgesehen. Die Haltevorrichtung 56 ist in ei nem weiteren Halter 58 geführt. Der Halter 58 ist mit der Armaturentafel 22 fest gekoppelt, wobei die Haltevorrichtung 56 ist als Mitnehmer für den Heizstrahler 2 zwischen einer oberen und einer unteren Endlage verschiebebeweglich gelagert ist. Am ortsfesten Halter 58 ist vorzugsweise im Bodenbereich ein elektrischer An- triebsmotor 60 angeordnet, welcher über einen beispielsweise als Seilzug ausge führten Mechanismus 62 mit der beweglichen Haltevorrichtung 56 gekoppelt ist.

Um die Folgen eines Glasbruchs im Falle einer Kollision zu minimieren, ist vor zugsweise ein nicht näher gezeigter Schnelleinzug vorgesehen, welcher zum Bei- spiel durch gespeicherte Federenergie angetrieben werden kann. Erkennt ein Steuergerät eine bevorstehende Kollision, schaltet es den Heizstrahler 2 aus, und aktiviert den Schnelleinzug, so dass der Heizstrahler 2 vor Beginn der Kollision in die Parkposition P verstellt wird. Im Betrieb des Heizstrahlers 2 soll ein Mindestabstand zu den Fahrzeugnutzern sichergestellt werden, um einem übermäßigem Wärmeeintrag vorzubeugen. Zu diesem Zwecke ist in dem Fahrzeuginnenraum eine Insassen-Positionserkennung vorgesehen, welche die relative Position der Fahrzeuginsassen zur Heizvorrich- tung 4 beziehungsweise zu dem Heizstrahler 2 erfasst und überwacht. Hierbei wird insbesondere der relative Abstand zwischen einem Fahrzeugnutzer bezie hungsweise einem Körperteil des Fahrzeugnutzers, und dem Heizstrahler 2 über wacht, wenn der Heizstrahler 2 in der Betriebsstellung B ist. Der erfasste Abstand wird mit einem hinterlegten Schwellwert als Maß für einen Mindestabstand vergli chen.

Bei einem Erreichen oder Unterschreiten des Mindestabstands, zum Beispiel bei einem insassenseitigen Versuch den Heizstrahler 2 anzufassen, wird beispiels weise ein Signallicht aktiviert. Wird der Mindestabstand nach einer ersten Zeitdau er weiterhin unterschritten, wird als nächste Schutzmaßnahme die Heiz- oder Strahlungsleistung der Strahlungsquelle 6 reduziert. Sofern der Mindestabstand nach einer zweiten Zeitdauer weiterhin unterschritten ist, wird die Strahlungsquelle 6 ausgeschaltet. Wenn der Mindestabstand nach einer dritten Zeitdauer weiterhin unterschritten ist, wird der Heizstrahler 2 als abschließende Maßnahme in die Parkstellung P abgesenkt.

Das Signallicht wird vorzugsweise über einen ringförmigen Lichtleiter 84 mittels einer nicht näher gezeigten (Mehrfarb-)LED an der Haube 34 oder an der Blende 28 oder separat in der Nähe erzeugt. In Kombination mit der Haube 34 reduziert das Signallicht bei Dunkelheit durch eine Umfeldaufhellung auch eine etwaige Blendwirkung durch die Filamentschicht 14.

Für eine zusätzliche passive Sicherheit ist der Heizstrahler 2 vorzugsweise in ei nem Bereich platziert, welcher bei einer Fahrzeugkollision durch einen sich öff nenden Airbag abgedeckt ist.

Weiterhin ist die Glasoberfläche des Kolbens 8 vorzugsweise mit Sollbruchlinien strukturiert, so dass sich im Bruchfall viele kleine Scherben mit weitgehend stump fen Kanten und niedrigem Verletzungsrisiko bilden.

Die Heizvorrichtung 4 weist somit aufgrund der passiven und aktiven Maßnahmen hinsichtlich ein besonders sicheres Betriebsverhalten auf. Des Weiteren ist eine flexible Dynamik mit einer schnellen Aufheizung und Abkühlung des Heizstrah- lers 2 realisiert. Durch den Heizstrahler 2 ist ein schnelles und großflächiges Ent- tauen der Front- und teilweise vorderen Seitenscheiben ermöglicht, wodurch die Sicherheit beim Fahren des Kraftfahrzeugs verbessert wird. Durch den Heizstrah ler 2 und die Luftführung 30, insbesondere durch den Strömungspfad 36, wird eine Vereinfachung oder Entfall einer Warmluftführung und eines Ausströmers für das Enttauen der Windschutzscheibe 24 ermöglicht. Die Heizvorrichtung 4 ist weiterhin integrierbar in eine Vernetzung und Umfeldsensorik des Kraftfahrzeugs, wodurch die Heizvorrichtung 4 situativ ansteuerbar ist, beispielsweise im Falle einer Fahr zeugvorwärmung bei einem Boostmodus. Des Weiteren weist die Heizvorrichtung eine ästhetische Anmutung auf, da der Heizstrahler 2 ein neuartiges, differenzie rendes Innenraumobjekt im Fahrzeuginnenraum bildet.

In einem Fahrzeuginnenraum können mehrere Heizvorrichtungen 4 oder mehrere Heizstrahler 2 einer Heizvorrichtung 4 angeordnet sein. Die Heizstrahler 4 sind beispielsweise zentral oder seitlich und auch im Fußraum platziert und miteinan der hinsichtlich Abstrahlcharakteristik und/oder Abstrahlrichtung kombiniert. Eine überwiegend diagonale Wirkrichtung ermöglicht beispielsweise ein homogeneres Strahlungsfeld mit weniger Abschattung.

Zur Begrenzung der Oberflächentemperatur können im Bereich intensiverer Strah lung liegende Teil der Armaturentafel 22 und/oder die dem Heizstrahler 4 zuge wandte Rückseite des Lenkrads zusätzlich noch mit einer infrarotreflektierenden Oberfläche ausgestattet sein. Alternativ ist auch der Einsatz einer TISS- Beschichtung (Thickness Insensitive Spectrally Selective) verwendet werden, wel che eine reduzierte Strahlungsabsorption im Infrarotwellenspektrum aufweist.

Durch die Abschattungsschicht 42 der Haube 33 kann der ausgestrahlte Strah lungskegel der Strahlungsquelle 6 räumlich begrenzt und so an die Erfordernisse im Fahrgastraum angepasst werden. Zusätzlich oder alternativ ist es beispielswei se denkbar, den Kolben 8 und/oder die Haube 34 mit einer strahlbrechenden inte grierten Optik auszuführen, um die Abstrahlungscharakteristik beziehungsweise den Strahlungskegel der Strahlungsquelle 6 zu modifizieren ohne dabei die Strah lungsintensität Wesentlich zu beeinflussen, also annähernd ohne Verluste. Weiterhin ist es beispielsweise denkbar, Filamente unterschiedlicher Geometrie in inneren Rohren mit Reflexionsbeschichtung in einem äußeren Rohr mit Vakuum zu kombinieren. Eine solche Ausführungsform der Heizvorrichtung 4‘ ist nachfol- gend anhand der Figuren 8 bis 10 näher erläutert.

In dieser Ausführung weist die Heizvorrichtung 4‘ einen Heizstrahler 2‘ mit einer Strahlungsquelle 6‘ mit einem Innenrohr 64 mit einer darin aufgenommenen Kanthal-Wendel 66 als (Heiz-)Filament oder Mittelwellenstrahler auf. Das Innen- rohr 64 ist in einem Außenrohr 68 als Kolben angeordnet. Die Rohre 64, 68 sind vorzugsweise aus Quarzglas hergestellt. Der Zwischenraum zwischen den koaxial angeordneten Innenrohr 64 und Außenrohr 68 ist evakuiert, also luftleer. Das In nenrohr 64 ist mit der Kühlluft 32 zur Kühlung der Glaswandung durchströmt. In der Fig. 8 ist ein verstellbaren Bedienelement oder Monitor 70 gezeigt, wel ches^) bei einem aktiven Heizstrahler 2‘ tief in einer Parkposition tief im Strah lungsschatten positioniert ist, und bei einem deaktivierten Heizstrahler 2‘ in eine oberer Position für bessere Sichtbarkeit verstellt wird. Wie anhand der Figuren 9 und 10 ersichtlich ist, ist der Heizstrahler 2‘ mittels ei nes nicht näher dargestellten Verstellantriebs zwischen einer ausgefahrenen Be triebsstellung B (Fig. 9) und einer eingezogenen Parkstellung P (Fig. 10) verstell bar. Der Verstellantrieb ist mit einer aus Blech hergestellten Haltevorrichtung 56' für den Glaskolben beziehungsweise das Außenrohr 68 gekoppelt. Das Außenrohr 68 ist mit einer partiellen, also halbtransparenten oder strukturierten, Reflexions schicht 44' versehen, welche auf die Innenseite des Außenrohrs 68 rückseitig auf gebracht ist, so dass die Wärmestrahlung parabol- oder halbkreisspiegelartig in den Fahrzeuginnenraum gestrahlt wird. Die Reflexionsschicht 44' ist beispielswei se linien- oder wabenförmig strukturiert.

In der Parkstellung P ist der Heizstrahler 2' zumindest teilweise in die Armaturen tafel 22' eingezogen. Hierbei sind beispielsweise gegensinnig bewegliche Ver schlusselemente 72 vorgesehen, welche drehbar den Heizstrahler 2' berührungs- sicher verschließen. Zusätzlich wird beispielsweise das Bedienelement 70 nach oben verstellt, um den Heizstrahler 2‘ im Wesentlichen vollständig optisch zu ver decken. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu ver lassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom- binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung 4 beziehungsweise Heizstrahler 2 sind beispielsweise auch in anderen geschlossenen Räumen mit Heizbedarf und Be rührproblematik wie zum Beispiel in einem Bus, einer Bahn, einem Flugzeug, einer Seilbahn, einem Bad, oder einer Sauna verwendbar.

Bezugszeichenliste

2 2 Heizstrahler

4, 4‘ Heizvorrichtung

6 6 Strahlungsquelle

8 Kolben

10 Kolbenboden

12 Trägerelement

14 Filamentschicht

16 Sockelplatte

18 Zuleitung

20 Schlitz

22 Armaturentafel

24 Windschutzscheibe

26 Halter

28 Blende

30 Luftführung

32 Kühlluft

34 Haube

36, 38, 40 Strömungspfad 42 Abschattungsschicht

44, 44' Reflexionsschicht

46, 48, 50 Parallelwiderstand

52 Bedienelement

54 Verstellantrieb

56, 56' Haltevorrichtung

58 Halter

60 Antriebsmotor

62 Mechanismus

64 Innenrohr

66 Kanthal-Wendel

68 Außenrohr

70 Bedienelement 72 Verschlusselement

P Parkstellung

B Betriebsstellung

Claims

Ansprüche

1. Heizvorrichtung (4, 4‘) für einen Fahrzeuginnenraum eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Heizstrahler (2, 2‘) mit einem evakuierten Kolben (8, 68) und mit einer darin aufgenommenen Strahlungsquelle (6, 6‘) zur Erzeugung einer Wärmestrahlung, sowie einen Verstellantrieb (54) zum Verstellen des Heizstrahlers (2, 2‘).

2. Heizvorrichtung (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (6) als ein plattenförmiges Trägerelement (12) mit einer darauf aufgedruckten Filamentschicht (14) ausgeführt ist.

3. Heizvorrichtung (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentschicht (14) mit zwei Zuleitungen (18) kontaktiert ist, wel che auf einer Sockelplatte (16) zu einem Kolbenboden (10) geführt sind.

4. Heizvorrichtung (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungen (18) gasdicht durch den Kolbenboden (10) geführt sind.

5. Heizvorrichtung (4) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in die Sockelplatte (16) Schlitze (20) zur Erhöhung eines thermischen

Widerstandes eingebracht sind, um welche die Zuleitungen (18) zickzack förmig geführt sind.

6. Heizvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (8) luftgekühlt ist.

7. Heizvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kolben (8) eine strahlungsdurchlässige Haube (34) aufgesetzt ist, wobei ein zwischen der Haube (34) und dem Kolben (8) gebildeter Zwi- schenraum als eine Luftführung zur Kühlung des Kolbens (8) ausgeführt ist.

8. Heizvorrichtung (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haube (34) an einer dem Kolben (8) zugewandten Haubeninnensei- te bereichsweise mit einer strahlungsundurchlässigen Abschattungsschicht

(42) versehen ist.

9. Heizvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (12) an einer im Montagezustand dem Fahrzeugin nenraum abgewandten Rückseite mit einer strahlungsreflektierenden Refle xionsschicht (44) versehen ist.

10. Heizvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Filamentschicht (12) zur stufenmäßigen Anpassung der Strahlungs leistung in mindestens zwei Parallelwiderstände (46, 48, 50) segmentiert ist.