Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Heizeinrichtungen für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektrisch betriebene Heizflächen, die Insassen eines Kraftfahrzeugs über Wärmestrahlung wärmen sollen.

Technischer Hintergrund

In modernen Kraftfahrzeugen erfolgt die Heizung des Fahrgastinnenraumes nicht nur über die Erwärmung von in den Fahrgastraum einströmender Luft, sondern auch über flächige Heizeinrichtungen. Die Heizeinrichtungen stellen beheizbare Oberflächen dar, die über direkten Kontakt mit einem Körperteil eines Fahrzeuginsassen Fahrgäste im Fahrzeuginnenraum wärmen sollen. Beispielsweise können derartige Heizeinrichtungen an Griffflächen des Lenkrads, in Fahrzeugsitzen, in Armauflageflächen und dergleichen angeordnet sein.

Weiterhin können Heizeinrichtungen als Strahlungs-Heizeinrichtungen vorgesehen sein. Strahlungs-Heizeinrichtungen weisen ebenfalls Heizflächen als beheizbare Oberflächen aus, die bei Oberflächentemperaturen von z.B. zwischen 40 und 50 °C zu einer merklichen Wärmestrahlung für die Fahrzeuginsassen führen und damit den Heizkomfort steigern sollen. Um eine Überhitzung der Heizflächen zu vermeiden, ist in der Regel ein Temperatursensor vorgesehen, mit dessen Hilfe in Verbindung mit einer geeigneten Temperaturregelung die Temperatur konstant gehalten werden kann bzw. sichergestellt werden kann, dass die Temperatur einen vorbestimmten Temperaturschwellenwert nicht übersteigt. Der Temperatursensor kann die Temperatur der Heizeinrichtung punktuell oder gemittelt über einen Flächenbereich erfassen.

Die Heizfläche einer Strahlungs-Heizeinrichtung ist zur flächigen Abgabe von Wärmestrahlung ausgelegt. Es stellt sich eine Temperatur der Heizfläche ein, die einem Gleichgewicht zwischen Leistungszufuhr und Wärmeabgabe entspricht.

Je nach Größe der Heizfläche der Heizeinrichtung kann diese teilweise bedeckt sein, beispielsweise, wenn auf oder an einem Teil der Heizfläche Gepäckstücke abgelegt werden. Im Betrieb der Heizeinrichtung kann dies dazu führen, dass der abgedeckte Teil der Heizfläche der Heizeinrichtung sich deutlich gegenüber den nicht abgedeckten Teilen der Heizfläche erwärmt, da die Wärmeabfuhr von dem abgedeckten Teil der Heizfläche geringer als über dem nicht abgedeckten Teil der Heizfläche ist.

Je nach Anordnung eines punktuell messenden Temperatursensors kann diese Temperaturerhöhung nicht detektiert werden, so dass die Regelung keine Reduzierung der Heizleistung bewirkt und es aufgrund der Temperaturerhöhung unter Umständen zu Beschädigungen an dem abdeckenden Gegenstand, wie beispielsweise einem Gepäckstück, oder zu einer Schädigung der Heizeinrichtung kommen kann. Bei einem flächig messenden Temperatursensor wird in der Regel nur der Temperaturm ittelwert über die gesamte Heizfläche bestimmt, so dass je nach Anteil des abgedeckten Teils der Heizfläche die lokale Temperaturerhöhung durch die Mittelung der Temperatur der Heizfläche nur als geringere Temperaturerhöhung festgestellt wird und daher für eine vollständige Ausregelung der Temperatur in dem abgedeckten Flächenbereich nicht ausreicht.

Aus der Druckschrift DE 10 2013 214548 A1 ist beispielsweise eine elektrische Heizeinrichtung zur Beheizung des Fahrgastraums in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Heizwirkung durch Infrarotstrahlung in dem Fahrgastinnenraum erfolgt.

Aus der Druckschrift DE 10 2013 214554 A1 ist weiterhin ein Verfahren zum Heizen eines Innenraums eines Fahrzeugs mit Hilfe von Infrarotstrahlern bekannt, wobei zum Temperieren des Fahrzeuginnenraums eine Leistungsverteilung zwischen einem zentralen Heizsystem und den als Infrarotstrahlern ausgebildeten Heizflächen vorgesehen ist.

Aus der Druckschrift EP 2 1 17 857 B1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Heiz- und/oder Kühleinheit bekannt, die mit verschiedenen Leistungsstufen geschaltet werden kann. Beispielsweise wird eine zweite Leistungsstufe geschaltet, wenn eine Fahrzeugtür entriegelt oder geöffnet wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Heizeinrichtung insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei der eine ungewollte Temperaturerhöhung bei einer Teilabdeckung der Heizfläche vermieden werden kann.

Offenbarung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch die Heizeinrichtung nach Anspruch 1 , durch ein Heizsystem sowie durch das Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.

Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Strahlungs-Heizeinrichtung zum Bereitstellen von Strahlungswärme in einen Fahrgastinnenraum eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, umfassend:

- eine Heizfläche zur Abgabe von Wärmestrahlung;

- ein Heizelement zum Bereitstellen von Heizleistung;

- ein erster Temperatursensor zur punktuellen Erfassung einer ersten Temperatur und zum Bereitstellen einer entsprechenden ersten Temperaturangabe;

- ein zweiter Temperatursensor zur flächigen Erfassung einer zweiten Temperatur und zum Bereitstellen einer entsprechenden zweiten Temperaturangabe.

Eine Idee der obigen Heizeinrichtung besteht darin, eine Temperatursteuerung bzw. -regelung der Heizfläche mithilfe eines ersten Temperatursensors, der punktuell eine erste Temperatur auf einer Heizfläche der Heizeinrichtung misst, und eines zweiten Temperatursensors vorzusehen, der eine zweite Temperatur der Heizfläche misst, d.h. einen repräsentativen Wert für eine mittlere Temperatur der Heizfläche oder einen sich aus der Temperaturverteilung über die gesamte Heizfläche ergebenden Temperaturwert bereitstellt.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Heizsystem zum Beheizen eines Fahrgastinnenraums eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, umfassend:

- die obige Strahlungs-Heizeinrichtung;

- eine Steuerung, die ausgebildet ist, um

- die erste und die zweite Temperaturangabe zu erfassen,

- eine Unterschiedstemperaturangabe als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe zu ermitteln; und

- die Strahlungs-Heizeinrichtung in einer Schutzbetriebsart mit einer reduzierten Heizleistung anzusteuern, wenn ein Betrag der Unterschiedstemperaturangabe einen vorgegebenen Schwellenbetrag übersteigt. In dem obigen Heizsystem kann mithilfe der Steuerung ein Unterschied zwischen den gemessenen ersten und zweiten Temperaturen bestimmt und abhängig von dem bestimmten Unterschied auf eine Teiiverblockung der Heizfläche, d.h. auf eine abgedeckte Teilfläche der Heizfläche, geschlossen werden. Somit kann auch eine Verblockung eines relativ geringen Anteils der Heizfläche erkannt werden. Wird eine Teiiverblockung der Heizfläche erkannt, so kann die Zufuhr der Heizleistung entsprechend reduziert werden, insbesondere so, dass es zu keiner kritischen Temperaturerhöhung in abgedeckten Flächenbereichen der Heizfläche kommen kann.

Im Fall, dass eine Teilfläche der Heizfläche durch einen Gegenstand bedeckt ist und damit die Wärmeabgabe über diese Teilfläche reduziert ist, steigt der durch den zweiten Temperatursensor erfasste zweite Temperaturwert an. Wird bei der Teilabdeckung der Heizfläche der erste Temperatursensor nicht abgedeckt, bleibt der gemessene erste Temperaturwert im Wesentlichen unverändert. Der Unterschied zwischen den Temperaturwerten ändert sich, und mit Hilfe eines Schwellwertvergleichs kann zuverlässig der Fall einer solchen Teilabdeckung erkannt werden.

Wird bei einer Teilabdeckung der Heizfläche der erste Temperatursensor abgedeckt, so steigt der erste Temperaturwert entsprechend an, während der zweite Temperaturwert aufgrund der Mittelung geringfügiger ansteigt. Entsprechend ergibt sich ebenfalls ein Unterschied zwischen dem ersten und zweiten Temperaturwert. Mithilfe eines weiteren Schwellwertvergleichs kann auch der Temperaturunterschied, der nun ein zu dem vorherigen Fall unterschiedliches Vorzeichen aufweist, zuverlässig detektiert werden.

Wird so eine Teilabdeckung der Heizfläche festgestellt, so kann durch eine entsprechende Reduzierung der Heizleistung auf einen vorgegebenen Wert die Heizfläche vor einer kritischen Temperaturerhöhung geschützt werden. Auch kann durch Vorgeben eines Wertebereichs, in dem der Unterschied der Temperaturwerte liegen darf, die Heizleistung geregelt werden, so dass in der abgedeckten Teilfläche ein kritischer Temperaturwert nicht überschritten wird.

Weiterhin kann das Heizelement mithilfe eines Heizdrahtes ausgebildet sein, um bei Zuführung von elektrischer Leistung eine gleichmäßige Heizleistung über die gesamte Heizfläche bereitzustellen. Alternativ kann das Heizelement als Heizmatte, z.B. aus Kohlenstofffasern, mit Heizlack oder mit Heiztinte ausgebildet sein.

Es kann vorgesehen sein, dass der erste Temperatursensor zur Messung der ersten Temperatur z.B. mittig der Heizfläche, insbesondere in einem Mittenbereich, der von dem Rand der Heizfläche um mehr als 10% der Ausdehnung der Heizfläche entfernt ist, angeordnet ist und insbesondere als ein NTC-Widerstand oder PTC-Widerstand ausgebildet ist.

Weiterhin kann der zweite Temperatursensor zur Messung der zweiten Temperatur insbesondere flächig zwischen dem Heizelement und der Heizfläche angeordnet sein, um die zweite Temperaturangabe entsprechend einer Verteilung von lokalen Temperaturen der Heizfläche, insbesondere als Mittelwert der Temperaturen der Heizfläche bereitzustellen.

Weiterhin kann der zweite Temperatursensor als ein in der Heizfläche verteilter Widerstandsdraht vorgesehen sein, der z.B. in Schlangenlinien verläuft.

Alternativ kann das Heizelement als zweiter Temperatursensor zur Messung der zweiten Temperatur dienen, um die zweite Temperaturangabe entsprechend einer Verteilung von lokalen Temperaturen der Heizfläche, insbesondere als Mittelwert der Temperaturen der Heizfläche abhängig von einem elektrischen Widerstand des Heizelements bereitzustellen.

Gemäß einer Ausführungsform können der erste und/oder der zweite Temperatursensor ausgebildet sein, um die erste bzw. die zweite Temperaturangabe als einen elektrischen Widerstand, einer elektrischen Spannung, einem elektrischen Strom oder einer sonstigen elektrischen Größe anzugeben.

Weiterhin kann bei dem Heizsystem die Steuerung ausgebildet sein, um die Unterschiedstemperaturangabe als Differenz zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe zu bestimmen.

Der vorgegebene Schwellenbetrag kann einen Wert zwischen z.B. 2°K und 10°K aufweisen.

Insbesondere kann die Steuerung ausgebildet sein, um eine Temperaturregelung der Heizfläche durchzuführen, um die Temperatur der Heizfläche auf eine vorgegebene Solltemperatur zu regeln, wenn der Betrag der Unterschiedstemperaturangabe den vorgegebenen Schwellenbetrag unterschreitet.

Weiterhin kann die Steuerung ausgebildet sein, um in der Schutzbetriebsart eine Temperaturregelung der Heizfläche durchzuführen, um die Temperatur der Heizfläche 21 auf eine Solltemperatur zu regeln, die geringer ist als die vorgegebene Solltemperatur für die Normalbetriebsart.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Strahlungs- Heizeinrichtung mit einer Heizfläche vorgesehen, mit folgenden Schritten:

- Erfassen einer ersten Temperaturangabe, die einer ersten punktuell erfassten Temperatur der Heizfläche entspricht,

- Erfassen einer zweiten Temperaturangabe für eine zweite Temperatur, die eine mittlere Temperatur der Heizfläche angibt;

- Ermitteln einer Unterschiedstemperaturangabe als ein Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Temperaturangabe; und - Ansteuern der Strahlungs-Heizeinrichtung in einer Schutzbetriebsart mit einer reduzierten Heizleistung, wenn ein Betrag der Unterschiedstemperaturangabe einen vorgegebenen Schwellenbetrag überteigt.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Heizsystems mit einer

Strahlungs-Heizeinrichtung mit einem ersten Temperatursensor und einem zweiten Temperatursensor; und

Figur 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Strahlungs-Heizeinrichtung.

Beschreibung von Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems 1 mit einer Strahlungs-Heizeinrichtung 2 und einer Steuerung 3. Die Strahlungs- Heizeinrichtung 2 ist als ein Infrarot-Flächenstrahler ausgebildet und weist eine Heizfläche 21 auf, die mit Hilfe eines Heizelements 22 erwärmt werden kann. Das Heizelement 22 kann beispielsweise als elektrische Heizeinheit mit einem sich flächig erstreckenden oder in Schlaufen gelegten Heizdraht (nicht gezeigt) umfassen, um bei Zuführung von elektrischer Leistung eine Heizleistung über der gesamten Heizfläche 21 gleichmäßig bereitzustellen. Zwischen der Heizfläche 21 und dem Heizelement 22 ist ein erster Temperatursensor 23 vorgesehen, der eine Temperatur der Heizfläche 21 an einem bestimmten Messpunkt misst. Der erste Temperatursensor 23 stellt entsprechend der gemessenen Temperatur eine erste Temperaturangabe zur Verfügung, die eine erste Temperatur repräsentiert und beispielsweise einen elektrischen Widerstand oder einer sonstigen elektrischen Größe angeben kann. Beispielsweise kann der erste Temperatursensor als wärmeempfindlicher Widerstand, wie beispielsweise in Form eines NTC oder PTC ausgebildet sein.

Es ist ein zweiter Temperatursensor 24 vorgesehen, der eine flächige Temperaturerfassung ermöglicht. Dabei kann sich der zweite Temperatursensor im Wesentlichen über den gesamten Bereich der Heizfläche 21 erstrecken, insbesondere zwischen der Heizfläche 21 und dem Heizelement 22, und eine zweite Temperaturangabe bereitstellen, die eine zweite Temperatur repräsentiert und beispielsweise einen elektrischen Widerstand oder einer sonstigen elektrischen Größe angeben kann. Die zweite Temperaturangabe kann sich aus der Temperaturverteilung über der Heizfläche 21 aus den lokalen Temperaturen der Heizfläche 21 ergeben. Insbesondere kann der zweite Temperatursensor 24 einen Mittelwert der Temperaturverteilung der Heizfläche 21 bereitstellen. Der zweite Temperatursensor 24 kann mit Hilfe eines wärmeempfindlichen Widerstandsdrahtes ausgebildet sein, der in Schlaufen über den Flächenbereich der Heizfläche 21 gelegt ist.

Die Steuerung 3 dient dazu, dem Heizelement 22 eine elektrische Leistung zuzuführen, um dort eine entsprechende Heizwirkung mit einer der elektrischen Leistung entsprechenden Heizleistung hervorzurufen. Die Zufuhr der Heizleistung kann getaktet (durch zyklisches Umschalten zwischen zwei Leistungsstufen, meistens zwischen maximaler Leistung und keiner Leistung) oder variabel erfolgen. Weiterhin ist die Steuerung 3 mit dem ersten und zweiten Temperatursensor 23, 24 verbunden, um die durch diese bereitgestellte erste und zweite Temperaturangabe zu erfassen.

Als Normalbetriebsart kann die Steuerung 3 eine Temperaturregelung der Heizfläche vornehmen, indem abhängig von einem durch einen der beiden Temperatursensoren 23, 24 erfassten Temperaturwert die dem Heizelement 22 zugeführte Heizleistung variiert wird, um die Temperatur der Heizfläche 21 auf eine vorgegebene Solltemperatur zu regeln. Eine entsprechende Solltemperaturangabe kann durch eine Einstellung eines manuell betätigbaren Bedienelements oder von einer übergeordneten Heizsteuerung vorgegeben werden. Dazu können die Solltemperaturangabe mit der ersten Temperaturangabe bei Verwendung des ersten Temperatursensors 23 oder mit der zweiten Temperaturangabe bei Verwendung des zweiten Temperatursensors 24 für die Temperaturregelung verglichen und abhängig von einem Maß des Unterschreitens der Solltemperaturangabe durch die entsprechende erste bzw. zweite Temperaturangabe die Heizleistung erhöht und bei Erreichen oder Überschreiten der Solltemperaturangabe durch die erste bzw. zweiten Temperaturangabe die Heizleistung entsprechend reduziert werden.

Weiterhin kann entsprechend einer Schutzfunktion die Steuerung 3 die von den Temperatursensoren 23, 24 bereitgestellten erste und zweite Temperaturangabe zur Erkennung einer Teilabdeckung der Heizfläche 21 durch einen Gegenstand nutzen. Eine Teilabdeckung kann zu einer lokalen Temperaturerhöhung führen, die den abdeckenden Gegenstand oder die Strahlungs-Heizeinrichtung 2 schädigen kann.

Dazu wird in der Steuerung 3 ein Verfahren, wie es anhand des Flussdiagramms der Figur 2 veranschaulichend dargestellt wird, beschrieben. In Schritt S1 werden die erste und zweite Temperaturangabe von den Temperatursensoren 23, 24 erfasst. In Schritt S2 wird ein Unterschied bzw. eine Abweichung, z.B. in Form einer Differenz, zwischen der ersten und zweiten Temperaturangabe gebildet, um eine Unterschiedstemperaturangabe zu erhalten.

In Schritt S3 wird überprüft, ob ein Betrag der Unterschiedstemperaturangabe höher ist als ein vorbestimmter Schwellenbetrag. Wird ein Überschreiten des vorbestimmten Schwellenbetrags festgestellt (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S4 fortgesetzt, anderenfalls wird in Schritt S5 die oben beschriebene Normalbetriebsart eingenommen und zu Schritt S1 zurückgesprungen. Beispielsweise kann eine Abdeckung der Teilfläche erkannt werden, wenn eine Temperaturabweichung zwischen der durch die erste und zweite Temperaturangabe dargestellten ersten und zweiten Temperatur von mehr als einen vorgegebenen Wert von zwischen 2°K bis 10°K erkannt wird.

Nach Erkennung einer durch die Abweichung zwischen der durch die ersten und zweiten Temperaturangaben bestimmten Unterschiedstemperaturangabe wird eine Schutzbetriebsart in Schritt S4 eingenommen. Anschließend wird das Verfahren mit Schritt 1 fortgesetzt. In der Normalbetriebsart erfolgt die Regelung der Temperatur der Heizfläche wie oben beschrieben.

Bei der Reduzierungsbetriebsart soll die dem Heizelement 22 zugeführte Heizleistung so reduziert werden, dass eine kritische Temperaturerhöhung in abgedeckten Teilflächen nicht auftreten kann. Dazu kann beispielsweise die Regelung deaktiviert werden und die dem Heizelement 22 zugeführte Heizleistung auf eine vorbestimmte reduzierte Heizleistung eingestellt werden, bei der eine kritische Temperaturerhöhung auch in der abgedeckten Teilfläche ausgeschlossen werden kann, bzw. die Zufuhr der Heizleistung vollständig unterbrochen werden.

Alternativ kann die Regelung unter Vorgabe einer reduzierten Solltemperaturangabe fortgesetzt werden, bei der sich selbst in abgedeckten Teilflächen keine kritische Temperaturerhöhung ergeben kann. Beispielsweise kann bei einer Normalbetriebsart eine Solltemperaturangabe eine Temperatur von 45° angeben, während bei der Schutzbetriebsart eine Solltemperaturangabe eine Solltemperatur von 35° vorgegeben wird. Solltemperaturangaben, die eine kritische Temperaturerhöhung bei allen möglichen Teilabdeckungen vermeiden, können beispielsweise durch empirische Untersuchungen bestimmt werden.

Bezugszeichenliste

Heizsystem

Strahlungs-Heizeinrichtung

Heizfläche

Heizelement

erster Temperatursensor

zweiter Temperatursensor

Steuerung