AUFWEISENDEN REGULIEREINRICHTUNG

Hintergrund der Erfindung

[01] Oberflächen werden in Fahrzeugen oft durch Flächenheizvorrichtungen wie textile Heizelemente beheizt, um den Temperaturkomfort für einen Fahrgast zu erhöhen. Einerseits ist es wünschenswert, wenn solche Heizeinrichtungen eine hohe Heizleistung haben, damit der gewünschte Temperatur-Sollwert beim Einschalten rasch erreicht wird. Allerdings kommt es durch ständiges Ein- und Ausschalten der Heizeinrichtungen danach zu einem ständigen Oszillieren der Ist-Temperatur um den Temperatur-Sollwert. Leider sind diese Temperaturschwankungen umso heftiger, je größer die Heizleistung der verwendeten Heizeinrichtungen ist. Dieses Oszillieren ist aber aus Sicht des Benutzers unerwünscht, denn es kann durch häufiges Schalten zu störenden Geräuschen und zu ständigen Temperaturwechseln führen. Außerdem reduziert sich durch die häufigen Schaltvorgänge die Lebensdauer des Systems.

[02] Es ist bekannt, Zeitschaltuhren zum Schalten der Stromversorgung an Heizelemente zu verwenden. Diese können jedoch die Umgebungstemperatur nicht erfassen. Bei solchen Systemen kann es sein, dass die Heizeinrichtung zu spät abgeschaltet wird, wenn die Umgebung relativ warm ist, oder auch zu früh abgeschaltet wird, wenn die Umgebungstemperatur zu niedrig ist.

[03] Zum Stand der Technik gehören auch Temperaturregler, welche einen Temperaturfühler und einen Stromschalter aufweisen. Ein solcher Temperaturregler kann die Umgebungstemperatur mit berücksichtigen und eine Heizeinrichtung ausschalten, wenn sie die erforderliche Oberflächentemperatur erreicht hat. Die Temperaturschwankung zwischen dem Ein- und Ausschaltzeitraum ist jedoch manchmal inakzeptabel groß.

[04] Die Verwendung eines Temperatursteuermoduls zusätzlich zu einem NTC-Element (negativer Temperatur-Koeffizient) ist ebenfalls bekannt. Dies ist jedoch teuer und aufwendig.

[05] In der DE 3212431 A1 ist eine Heizeinrichtung mit einem Relais beschrieben. Allerdings wird die genaue Anordnung des Relais nicht beschreiben. Auch wie die Temperatur stabil gehalten werden soll, wenn der gewünschte Temperaturpegel einmal erreicht ist, bleibt offen.

[06] In der DE 102010009340 A1 ist eine Schnellaufheizvorrichtung beschreiben, bei der eine Zusatz-Heizdrahtschleife für eine sekundäre Heizzone verwendet wird. Hierfür wird ein zweiter Typ von Heizdraht oder eine doppelte zu vernähende Drahtlänge benötigt. Beides trägt dazu bei, die Herstellung komplizierter, zeitaufwendiger und teurer zu machen. Außerdem verbraucht diese Schaltung vermehrt Strom.

BESTÄTIGUNGSKOPIE [07] Deshalb bleibt es wünschenswert, einen Sitz schnell zu beheizen, und dabei eine stabile Temperatur in einem Dauerbetrieb und einen niedrigen Energieverbrauch zu ermöglichen.

Gegenstand der Erfindung

[08] Vor diesem Hintergrund wird ein technisches Konzept mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.

Figuren

[09] Im Folgenden werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Diese Ausführungen sollen die Erfindung verständlich machen. Sie haben jedoch nur beispielhaften Charakter. Selbstverständlich lassen sich innerhalb des durch unabhängige Ansprüche definierten Rahmens der Erfindung einzelne oder mehrere beschriebene Merkmale auch weg lassen, abwandeln oder ergänzen. Auch können die Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen selbstverständlich untereinander kombiniert werden. Entscheidend ist, dass das Konzept der Erfindung im Wesentlichen umgesetzt ist. Wenn ein Merkmal zumindest teilweise zu erfüllen ist, so schließt dies ein, dass dieses Merkmal auch vollständig erfüllt ist oder im Wesentlichen vollständig erfüllt ist. "Im Wesentlichen" bedeutet dabei insbesondere, dass die Umsetzung eine Erzielung des erwünschen Nutzens in erkennbarem Ausmaß erlaubt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass ein entsprechendes Merkmal zu mindestens 50 %, 90 %, 95 % oder 99 % erfüllt ist. Ist eine Mindestmenge angegeben, so kann selbstverständlich auch mehr als diese Mindestmenge verwendet werden. Wenn die Anzahl eines Bauteils mit mindestens einem angegeben ist, so beinhaltet dies insbesondere auch Ausführungsformen mit zwei, drei oder einer sonstigen Vielzahl von Bauteilen. Was für ein Objekt beschrieben ist, kann auch auf den überwiegenden Teil oder die Gesamtheit aller anderen artgleichen Objekte angewandt werden. Sofern nichts anderes angegeben ist, schließen Intervalle ihre Randpunkte mit ein. "Ein/e/s" ist nachfolgend als unbestimmter Artikel gemeint und kann "ein einziges" oder "mindestens eines" bedeuten. Nachfolgend wird Bezug genommen auf:

[10] Fig. 1 Fahrzeug mit Inneneinrichtungsgegenständen mit erfindungsgemäßen Kli- matisier-/Temperier-/Belüft-/Heiz- und/oder Kühl-Einrichtungen

[11] Fig. 2 Schaltung mit Relais zur Kontrolle der Stromzufuhr zu Heizeinrichtungen eines Sitzes von Fig. 1 Beschreibung der Erfindung

[12] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug 1. Der Begriff "Fahrzeug" meint insbesondere eine Einrichtung zum Transport von Personen und/oder Gütern. Denkbar sind zum Beispiel Land-, Wasser-, Schienen- und Luftfahrzeuge, insbesondere Flugzeuge, Schiffe und automobile Kraftfahrzeuge.

[13] Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Heiz-Regelstrecke 2. Das Wort "Heiz- Regelstrecke" bezieht sich auf einen Gegenstand, der hinsichtlich seiner Temperatur beein- flusst werden soll, also einer Steuerung und/oder Regelung unterliegt, insbesondere um ihn zumindest kurzzeitig auf einen bestimmten Sollwert oder in einen Sollbereich zu bringen und/oder dauerhaft dort zu halten. Dies gilt vorzugsweise für solche Teile seiner Oberfläche, mit denen ein Medium bestimmungsgemäß oder mit denen ein Benutzer zumindest potentiell bei Benutzung des Gegenstandes in Berührung gelangen kann. "Regelstrecke" meint insbesondere einen Gegenstand, der hinsichtlich mindestens einer Größe einer Steuerung und/ oder Regelung unterliegt. Anwendungsmöglichkeiten sind wie hier beheizte Sitze oder Lenkräder, Sitzauflagen, Büroausstattung, Verkleidungselemente von Fahrgasträumen, Vorratsbehälter, Treibstoffleitungen oder Gehäuse von Batterien, Motoren oder anderen Funktionselementen.

[14] Zweckmäßigerweise besitzt mindestens eine Heiz-Regelstrecke 2 mindestens ein Polster 5. "Polster" meint insbesondere eine Einrichtung zur Dämpfung von Stößen und/oder zur Verteilung lokaler Druckspitzen auf eine größere Fläche. Als Beispiel genannt seien Blöcke aus geschäumtem Polyurethan.

[15] Vorzugsweise besitzt mindestens eine Heiz-Regelstrecke 2 mindestens einen Bezug 4. Der Begriff "Bezug" bezieht sich insbesondere auf ein Flächengebilde, das zumindest abschnittsweise an der Oberfläche eines Gegenstandes angeordnet ist. Vorstellbar sind zum Beispiel luftundurchlässige oder luftdurchlässige Schichten, die gelochtes oder ungelochtes Leder und/oder Textile beinhalten und auf einem Polster angeordnet sind, oder Häute, die mindestens einen Teil einer Oberfläche eines schaumartigen Materials überziehen.

[16] Vorteilhafterweise ist einer Heiz-Regelstrecke 2 mindestens eine Temperier-Einrichtung 22 zugeordnet. "Temperier-Einrichtung" meint insbesondere eine Einrichtung, die zur gezielten Veränderung der Temperatur in ihrer Umgebung genutzt werden kann. Besonders geeignet sind ein oder mehrere Heizeinrichtungen, ein Peitier-Element, ein Wärmeleitrohr und/oder eine Luftbewegungseinrichtung, wie zum Beispiel ein Ventilator. Besonders günstig kann es sein, wenn die Temperier-Einrichtung 22 für einen Betrieb mit Gleichstrom und/oder einen Betrieb mit Niederspannung ausgelegt ist, insbesondere für 12 V oder 24 V. Denkbar sind zum Beispiel Einleger-Module, die in die Polsterung eines Inneneinrichtungsgegenstandes zum Beispiel eines Sitzes integriert sind.

[17] Ratsamer Weise besitzt mindestens eine Temperier-Einrichtung 22 mindestens eine Heizeinrichtung 25. Die Bezeichnung "Heizeinrichtung" bezieht sich insbesondere auf eine Einrichtung, die zur gezielten Erwärmung ihrer Umgebung thermische Energie bereitstellt und konduktiv, konvektiv und/oder durch Wärmestrahlung an ihre Umgebung abgibt. Das erlaubt eine schnell wirkende oder lang anhaltende Wärmung eines Benutzers oder die Wärmung eines zu beheizenden Gegenstandes, insbesondere eines Gehäuseinnenraumes. Als Beispiel genannt seien Vorrichtungen mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand, einem flexiblen textilen Flächenheizelement, einer Wärmepumpe, einem Peltier-Element, einem Radiator, einem Konvektor und/oder einer Heizwendel.

[18] Vorzugsweise weist mindestens eine Temperier-Einrichtung mindestens zwei Heizeinrichtungen auf, vorzugsweise mindestens eine in einer Rückenlehne eines Sitzes und mindestens eine in einem Sitzpolster eines Sitzes.

[19] Vorteilhafterweise besitzt mindestens eine Heizeinrichtung 25 mindestens einen Heizwiderstand 27. Der Begriff "Heizwiderstand" meint insbesondere einen elektrischen Widerstand, dessen bei Stromdurchfluss abgegebene thermische Energie direkt oder indirekt der Erwärmung einer Heiz-Regelstrecke 2 dient. In Frage kommen zum Beispiel ein- oder mehradrige Leiter mit zumindest teilweise gegeneinander isolierten Einzelsträngen, zum Beispiel lackisolierte Litzen mit Kupfer- und/oder Stahl-Anteil.

[20] Vorzugsweise weist mindestens eine Temperier- und/oder eine Heizeinrichtung mindestens eine Temperatur-Erfassungseinrichtung 30. Diese erfasst die Temperatur der Heizeinrichtung und/oder einer zu beheizenden Oberfläche. Darunter wird verstanden, dass die Temperatur detektiert wird oder zumindest, in welcher Beziehung die Ist-Temperatur zu bestimmten Temperatur-Werten steht, z. B. ob sie unter oder über einer gewünschten Solltemperatur liegt. Eine geeignete Stelle zu ihrer Positionierung ist z. B. auf einem flachen Träger einer Heizeinrichtung oder dicht unter einem Sitzbezug. Die Temperatur-Erfassungseinrichtung ist z. B. ein Temperatursensor, einen NTC-Baustein, ein PTC-Element oder ein Bimetall.

[21] Vorzugsweise weist die Temperatur-Überwachungseinrichtung mindestens eine Schalteinrichtung 31 auf, z. B. einen Unterbrecher, um in Abhängigkeit von einem Messergebnis der Temperatur-Erfassungseinrichtung mindestens eine Temperier-Einrichtung, insbesondere eine Heizeinrichtung oder mindestens einen ihrer Bestandteile zu schalten, ins- besondere spannungsfrei und/oder stromfrei. Die Schalteinrichtung kann insbesondere ein Schalter oder eine elektrische Sicherung sein.

[22] Mindestens eine Schalteinrichtung und mindestens eine Temperatur-Erfassungseinrichtung können auch zu einem Bauteil zusammengefasst sein, z. B. zu einem Thermostat.

[23] Vorzugsweise weist mindestens eine Temperier- und/oder eine Heizeinrichtung mindestens eine Regulier-Einrichtung 40 auf, um die Arbeitsleistung der entsprechenden Einrichtung auf ein gewünschtes Leistungsniveau zu regulieren. Dazu wird vorzugsweise die Spannung und/oder die Strommenge dosiert bzw. reguliert, die der entsprechenden Einrichtung verfügbar gemacht wird. Die Regulier-Einrichtung kann eine Steuereinrichtung und/oder eine Regeleinrichtung sein.

[24] Mindestens eine Temperier-/Heiz- und/oder Kühleinrichtung weist vorzugsweise mindestens eine Bedieneinrichtung auf. Diese erlaubt einem Benutzer, die jeweilige Einrichtung auszuwählen, in oder außer Betrieb zu setzen und/oder ihr jeweiliges Leistungsniveau auszuwählen, zu erhöhen oder zu vermindern.

[25] Vorzugsweise weist die Regulier-Einrichtung mindestens ein Relais 41 auf. Dieses ist mit ein oder mehreren Leiterschleifen der Regulier-Einrichtung und/oder der davon regulierten Einrichtungen gekoppelt. Es kann diese Leiterschleifen mit Strom und/oder Spannung beaufschlagen, sie von Strom und/oder Spannung freischalten und/oder die Anzahl der beaufschlagten Leiterschleifen erhöhen oder reduzieren.

[26] Vorzugsweise weist das Relais dazu zwei oder mehr Signalausgänge auf, bzw. ist über zwei Schalter mit jeweils einer Heizeinrichtung gekoppelt, um gleichzeitig zwei Schalter und zwei Heizeinrichtungen zu schalten. Dies erlaubt dem Relais, die beiden daran angeschlossenen Heizeinrichtungen gleichzeitig von einer Parallelschaltung in eine elektrische Reihenschaltung zu schalten, sobald das Relais von der Temperatur-Erfassungseinrichtung ein Schaltsignal erhält.

[27] Vorzugsweise ist das Relais 41 und/oder die Regulier-Einrichtung 40 zumindest teilweise in einen Kabelbaum integriert, der mindestens eine Heizeinrichtung 25 mit einer Stromquelle verbindet. Vorzugsweise ist das Relais und/oder die Regulier-Einrichtung dazu in einem ausreichend kleinen Gehäuse untergebracht. Vorzugsweise ist das Relais dazu auf einer Leiterplatte PCB (printed circuit board) angeordnet, vorzugsweise aufgeschweißt, vorzugsweise mittels Vibrationsschweißen. Vorzugsweise ist die Leiterplatte speziell zur Aufnahme des Relais und der Regulier-Einrichtung vorgesehen. Vorzugsweise ist dazu eine Platte aus einem stabilen Trägermaterial mit elektrisch leitenden Bahnen bedruckt. Auf oder an dieser Platte ist das Relais angeordnet. Vorzugsweise ist das Relais und/oder die Regu- lier-Einrichtung in einen Anschluss-Stecker für eine oder mehrere Heizeinrichtungen bzw. die Temperier-Einrichtung integriert. Vorzugsweise hat es eine Größe, die kleiner ist als ein Steckergehäuse des Anschluss-Steckers.

[28] Die Regulier-Einrichtung kann jedoch auch als separates Bauteil vorgesehen sein. Dann ist sie z. B. zweckmäßigerweise zwischen den Anschluss-Stecker der Heizeinrichtungen und einem bordseitigen Anschluss-Stecker zur Stromversorgung zwischen geschaltet und vorzugsweise mit Steckverbindungen mit beiden verbunden.

[29] Vorzugsweise ist das Relais und/oder die Regulier-Einrichtung zumindest teilweise mit einer Relais-Ummantelung versehen, also z. B. mit einem Kunststoff, Heißkleber, Niederdruck-Gussmasse und/oder einem gummiartigen Material überzogen oder darin eingebettet. Das schützt das Relais vor Korrosion. Vorzugsweise ist das Relais, die Leiterplatte und/oder die Regulier-Einrichtung zumindest teilweise von einem Geflechtsschlauch umgeben, vorzugsweise mit Kunststoff- und/oder metallischen Strängen. Das entlastet das Relais und/oder die Regulier-Einrichtung von mechanischen Belastungen. Ein Schrumpfschlauch, insbesondere mit inwendiger Kleberbeschichtung, insbesondere einem Heißkleber, kann zusätzlich Schutz vor Nässe und Korrosion bieten.

[30] In einem ersten Betriebszustand sind mindestens zwei elektrische Heizeinrichtungen elektrisch parallel zueinander geschaltet. Dabei handelt es sich vorzugsweise um je eine Heizeinrichtung einer Lehne und eine Heizeinrichtung eines Sitzkissens. Dadurch liegt an jedem der beiden Heizeinrichtungen die gesamte verfügbare Betriebsspannung an. Dadurch heizen beide Heizeinrichtungen mit voller Leistung und werden entsprechend schnell warm. Diese Schaltung empfiehlt sich beim Start der Heizeinrichtungen bzw. beim Start des Fahrzeuges im Winter. Sie kann aber auch gewählt sein, wenn eine hohe Soll-Temperatur im Dauerbetrieb gewünscht ist. Vorzugsweise liegt das Relais beim Einschalten der Heizeinrichtungen bzw. im ersten Betriebszustand an einer Betriebsspannung an, die das Relais in einer ersten Schaltposition hält.

[31] In einem zweiten, leistungsschwächeren Betriebszustand, der vor allem zum Dauerbetrieb empfohlen ist, sind die beiden Heizeinrichtungen in Serie zueinander geschaltet. Dadurch ist die an jeder der beiden Heizeinrichtungen anliegende Spannung halbiert. Darum wiederum beträgt die Gesamt-Heizleistung der beiden Heizeinrichtungen nur noch ein Viertel der Anfangsleistung. Diese ist ausreichend, um die erreichte Temperatur weitgehend konstant zu halten. Dies ist sowohl bei niedrigen Umgebungstemperaturen, z. B. -20 °C, als auch bei höheren Umgebungstemperaturen, z. B. 30 °C, der Fall. Wenn die Umgebungstemperatur relativ hoch zur Raumtemperatur -20 °C ist, erhöht sich die Oberflächentemperatur nur leicht, nachdem das Relais umgeschaltet hat. Wenn die Umgebungstemperatur rela- tiv niedrig unter 0 °C ist, verringert sich die Oberflächentemperatur nur geringfügig, nachdem die Umschaltung erfolgt ist. Auf diese Weise stabilisiert die vorliegende Erfindung die Oberflächentemperatur, insbesondere nachdem die Zieltemperatur erreicht wurde. Ein Oszillieren tritt hierbei nicht mehr auf. Dadurch erübrigt sich bei diesem Schaltungskonzept eine weitere Überwachung oder weiteres Eingreifen. Eine solche Schaltung könnte deshalb frei sein von weiteren Thermostaten oder Steuer- oder Regeleinrichtungen.

[32] Erfasst die Temperatur-Erfassungseinrichtung das erstmalige Erreichen der gewünschten Soll-Temperatur, sendet er ein Schaltsignal an das Relais. Daraufhin schaltet das Relais mindestens zwei elektrisch parallel daran gekoppelte Heizeinrichtungen elektrisch in Reihe hintereinander. Vorzugsweise bewirkt das Schaltsignal der Temperatur-Erfassungseinrichtung, dass das Relais stromlos geschaltet wird, bzw. nicht mehr an elektrischer Spannung anliegt. Dadurch wechselt es automatisch in einen zweiten, spannungsfreien Schaltzustand. In diesem Zustand verbleibt es dauerhaft den Rest der Betriebszeit, bis das ganze Heizsystem erneut neu eingeschaltet wird oder bis die Regulier-Einrichtung manuell neue Sollwerte erhält. Dies kann z. B. durch einen Wechsel zwischen verschiedenen Leistungsstufen erfolgen. Vorzugsweise schaltet das Relais sich selbst und/oder die Temperatur-Erfassungseinrichtung auf das Schaltsignal hin spannungsfrei, um weitere selbsttätige Schaltvorgänge der Heizeinrichtung zu unterbinden.

[33] Besonders vorteilhaft ist eine Temperier-Einrichtung 22 mit mindestens zwei Heizeinrichtungen 25, mindestens einer Regulier-Einrichtung zum Regulieren der Leistung der Heizeinrichtungen 25, und mindestens einer Temperatur-Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur mindestens einer Heizeinrichtung 25, wenn die Regulier-Einrichtung mindestens ein Relais aufweist. Besonders zweckmäßig ist das Relais, wenn es zum Empfang eines Schaltsignals elektrisch mit dieser Temperatur-Erfassungseinrichtung verbunden ist, wenn es durch das Schaltsignal zwischen mindestens zwei verschiedenen Schaltzustände schaltbar ist, wenn es in einem ersten Schaltzustand mindestens zwei Heizeinrichtungen 25 parallel zueinander mit einer elektrischen Spannungsquelle verbindet, und wenn es in einem zweiten Schaltzustand mindestens zwei Heizeinrichtungen 25 elektrisch in Reihe zueinander schaltet. Denn die erfindungsgemäße Schaltung mit Relais und Umschaltung von Parallelschaltung im Aufheizbetrieb in Serienschaltung im Dauerbetrieb erlaubt, das Oszillieren einer Ist-Temperatur um einen Temperatur-Sollwert auf maximal 4 °C zu begrenzen, vorzugsweise auf maximal 3 °C, zweckmäßigerweise auf 0 °C, so dass keinerlei Oszillieren mehr auftritt. Dadurch wird die gesamte Heizeinrichtung sicherer und der Testaufwand im Vorfeld der Produktion deutlich reduziert. Der Sitzkomfort ist durch die konstante Temperatur verbessert. Ein Dauerbetrieb von Heizelementen in einer Serienschaltung erhöht die Sicherheit, insbesondere bei Systemen mit höherer Betriebsspannung, z. B. bei Bussen und Lkw mit 24 V- Batterien, da die entstehenden Ströme deutlich verringert werden. Die Reduktion der Schaltvorgänge erhöht außerdem die Lebensdauer des Heizsystems und somit auch seine Betriebssicherheit.

[34] Vorzugsweise ist die Temperatur-Erfassungseinrichtung und/oder die Regulier-Ein- richtung so aufgebaut, bzw. ihre Komponenten so miteinander verschaltet, dass bei Erreichen der Soll-Temperatur die Stromzufuhr zu mindestens einer Heizeinrichtung in jedem Fall unterbrochen wird. Dadurch kann selbst ein Versagen oder Total-Ausfall des Relais nicht zu einer unkontrollierten Aufheizung der Temperier-Einrichtung führen. Vorzugsweise ist der Temperatur-Sensor deshalb ein Thermostat, der das Relais und/oder mindestens eine Heizeinrichtung stromlos schaltet/schalten kann, sobald und solange die Soll-Temperatur an der Temperatur-Erfassungseinrichtung überschritten ist. Auf diese Weise ist die einzige negative Auswirkung eines Relais-Ausfalls eine oszillierende Temperaturkurve.

[35] Vorzugsweise hat mindestens eine Heizeinrichtung nur eine oder maximal zwei Leiterschleifen, ist aber auf mindestens zwei oder mehr Leistungsstufen betrieben oder betreibbar. Denn die Umschaltung zwischen Reihen- und Serienschaltung erlaubt eine Leistungsveränderung des Gesamtsystems, ohne dass eine Leistungsänderung eine größere oder kleinere Anzahl von Leiterschleifen oder einzelnen Heizwiderständen erforderlich machen würde. Das reduziert den Konstruktionsaufwand und die Materialkosten des Systems.

Bezugszeichenliste Fahrzeug

Heiz-Regelstrecke

Bezug

Polster

Temperier-Einrichtung

Heizeinrichtung

Heizwiderstand

Temperatur-Erfassungseinrichtung

Schalteinrichtung

Regulier-Einrichtung

Relais