DE19831574C2 - Sitzheizung sowie Verfahren zur Beheizung eines Sitzes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sitzheizung mit einem elek­ trischen Flächenheizelement aus flexiblem Widerstands­ material, an das Hauptelektroden für eine Beheizung des Flächenheizelements angeschlossen sind.

In der Konstruktion von Sitzheizungen ist insgesamt gesehen ein hohes Niveau erreicht worden. Es stehen mehrere Technologien zur Verfügung, um eine gleichmäßige Erwärmung des Sitzes zu gewährleisten. So ist z. B. die Litzenlegetechnik sehr erfolgreich eingesetzt worden, da über das Design die Heizleistung innerhalb eines weiten Bereichs festgelegt werden kann. Außerdem kann die Heiz­ leistung an die Sitzgeometrie angepaßt werden. Wegen des aufwendigen Produktionsvefahrens wird jedoch diese Tech­ nologie zunehmend auf spezielle Anwendungen begrenzt.

Aufgrund der normalerweise vorhandenen hohen Wärmekapazi­ tät eines Fahrzeugsitzes ist es bei einer begrenzten Gesamtleistungsaufnahme der Sitzheizung nicht möglich, bei einem durchgekühlten Fahrzeugsitz schnell einen Zustand zu erreichen, in dem der Fahrzeuginsasse ein angenehmes Wärmeempfinden hat. Durch die thermische Ankopplung des Sitzes an den Insassen besteht außerdem das Problem, daß der Sitzende in der Anfangsphase den kalten Sitz in nicht geringem Umfang miterwärmt und damit das Empfinden von Kälte verstärkt wird. Es hat sich herausgestellt, daß das Empfinden von Kälte die Konzen­ tration bei einem Fahrer vermindert.

Aus der DE 41 01 290 A1 ist ein elektrisches Flächenhei­ zelement mit mehreren wellenförmig parallel zueinander verlegten Heizleitern bekannt. An den Enden des Flächenheizelements stehen die Heizleiter mit Kontaktleitern in Verbindung. Bei einer Ausführungsform sind im mittleren Bereich des Flächenheizelements zwei Kontaktstreifen angeordnet, die durch eine Brücke kurzgeschlossen sind. Diese Kontaktstreifen sind passive Elemente, die eine Strombrücke bilden und somit eine "Abkürzung" für den Strom darstellen, um einen bestimmten Teilbereich nicht zu beheizen.

Aus der DE 19 12 667 A ist eine Heizscheibe bekannt, die zwei elektrisch voneinander getrennte Widerstandsheizun­ gen umfasst. Die eine Widerstandsheizung erstreckt sich nur über einen Teil des Heizfeldes, während die andere Widerstandsheizung den verbleibenden Teil des Heizfeldes umfasst. Zur Erzeugung eines Sichtbereichs wird bei kaltem Wetter zunächst die eine Widerstandsheizung mit relativ hoher Heizleistung betrieben und nach Erreichung des Sichtbereichs die andere Widerstandsheizung zusätz­ lich zugeschaltet, wobei dann die Heizscheibe mit ver­ ringerter Heizleistung weiterbeheizt wird.

In der DE 296 12 037 U1 ist eine Matratze beschrieben, in der mehrere unabhängig temperaturregelbare Flächenheizel­ emente angeordnet sind, deren Anzahl der Anzahl der gewünschten Heizzonen entspricht.

Schließlich ist aus der GB 613 655 ein Heizelement mit eingewebten Heizleitern bekannt, die durch Verbindungs­ anschlüsse aus Kupfer in Gruppen zusammengeschlossen sind, um eine unterschiedliche Wärmeabgabe in verschiede­ nen Heizzonen zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Sitzheizung zu schaffen, die es ermöglicht, die Zeit des Kälteempfindens ohne nennens­ werte Erhöhung der Gesamtleistungsaufnahme zu minimieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Sitzheizung mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Sitzheizung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 5.

Bei der erfindungsgemäßen Sitzheizung bildet die wenig­ stens eine Zusatzelektrode für eine Beheizung einer Teil­ fläche des Flächenheizelements mit erhöhter Heizungsdichte ein Schnellheizfeld, durch das die Heizleistung auf einen kleinen Teil der gesamten Sitzfläche konzentriert wird und deswegen dort zu einer wesentlich schnelleren Erwär­ mung führt. Infolgedessen spürt der Insasse wesentlich früher, z. B. innerhalb der ersten Minute nach dem Ein­ schalten der Heizung, die Erwärmung. Die Absenkung der Heizleistung auf dem umgebenden Sitzbereich wird nicht als störend empfunden.

Nachdem das Schnellheizfeld seine Wirkung gezeigt hat, wird die Sitzheizung vollflächig beheizt, so daß eine sehr homogene Beheizung erreicht wird.

Die Wahl der Geometrie des Schnellheizfeldes, d. h. der Teilfläche wie auch der Gradienten in der Heizleistung können an die Sitzgeometrie angepaßt und auch ergonomisch optimiert werden. Zur vollflächigen homogenen Beheizung kann das Schnellheizfeld hinzugezogen werden.

Die erfindungsgemäße Sitzheizung kann trotz ihrer ausge­ zeichneten Funktionalität wirtschaftlich aus maschinell produzierter Meterware hergestellt werden, wie zu Beispiel aus einem Gewebe auf Kohlenstoffbasis. Der zur Strukturierung, dem Anbringen wenigstens einer Zusatz­ elektrode und für einen Regler notwendige Mehraufwand hält sich im Vergleich zu dem erzielten Nutzen durch die wesentlich verkürzte Aufwärmzeit in vertretbarem Rahmen.

Ein bekanntes Flächenheizelement kann auf verschiedene Weise mit wenigstens einer Zusatzelektrode so modifiziert werden, daß die Funktionalität einer Sitzheizung mit einem Schnellheizfeld erreicht wird. Zunächst muß minde­ stens eine Zusatzelektrode am Flächenheizelement ange­ bracht werden, um eine zeitweise Konzentration der Heiz­ leistung zu ermöglichen. Dabei bestimmt die geometrische Anordnung dieser wenigstens einen Zusatzelektrode die Größe und die Heizungsdichte der als Schnellheizfeld dienenden Teilfläche. Die Heizleistungsdichte in diesem Schnellheizungsfeld kann bei einer bevorzugten Ausführung auch durch Wahl der an die wenigstens eine Zusatzelek­ trode angelegten Spannung eingestellt werden.

Für eine stärkere räumliche Begrenzung der Heizleistung der Schnellheizung können die Flächenheizelemente sekto­ riert werden, indem innerhalb der Fläche linienartige elektrische Trennungen vorgenommen werden. Im Gegensatz zu bekannten Strukturierungen von Flächenheizelementen durch linienartige Trennungen, die das Ziel der Anpassung an beliebig gekrümmte Oberflächen verfolgten (z. B. durch mechanisch Trennung), hat die elektrische Sektorierung das Ziel, größtmögliche Gestaltungsfreiräume in der Aufteilung der Heizleistungsdichte zwischen Schnellheiz­ feld und Restheizfeld zu erhalten.

Die Gesamtleistung kann durch einen elektronischen Regler zeitlich konstant gehalten werden, der die einzelnen Elektroden gemäß externer Regelgrößen und/oder gemäß interner Programme/Kennlinien bzw. Charakteristiken ansteuert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Sitzheizung mit einem sektorierten Flächen­ heizelement mit zwei Haupt- und zwei Zusatzelek­ troden,

Fig. 2 eine Sitzheizung mit einem durchgehenden Flächen­ heizelement mit zwei Haupt- und zwei Zusatzelek­ troden,

Fig. 3 eine Sitzheizung mit einem sektorierten Flächen­ heizelement mit zwei Haupt- und einer Zusatzelek­ trode,

Fig. 4 eine Sitzheizung mit einem durchgehenden Flächen­ heizelement mit zwei Haupt- und einer Zusatzelek­ trode,

Fig. 5 eine Sitzheizung mit einem sektorierten Flächen­ heizelement mit eingewebten Elektroden,

Fig. 6 eine Sitzheizung mit einem durchgehenden Flächen­ heizelement mit einem zusätzlichen Heizelement in Litzentechnik.

Die in den Fig. 1 bis 6 gezeigten Sitzheizungen dienen zur Beheizung des Rücken- und/oder Sitzkissens eines Kraftfahrzeugsitzes.

Die in Fig. 1 gezeigte Sitzheizung 10 weist ein recht­ eckiges Flächenheizelement 12 aus gewebten Kohlenstoffil­ ementen auf. Angrenzend an die beiden gegenüberliegenden Längsränder des Flächenheizelements 12 ist jeweils eine Hauptelektrode 13A bzw. 13B so angeordnet, daß sie sich parallel zu dem jeweiligen Längsrand im wesentlichen über die gesamte Länge des Flächenheizelements 12 erstreckt.

Im Mittelbereiche des Flächenheizelements 12 ist zwischen den beiden Hauptelektroden 13A, 13B ein sich senkrecht zu den Hauptelektroden 13A, 13B erstreckender Schlitz 15 vorgesehen, der den in Fig. 1 an ihn oben angrenzenden Bereich des Flächenheizelements 12 zwischen den Haupt­ elektroden 13A, 13B von dem an ihn unten angrenzenden Bereich elektrisch trennt. Ein weiterer entsprechender Schlitz 16 ist in der Nähe des unteren Randes des Flä­ chenheizelements 12 parallel zu dem Schlitz 15 so vor­ gesehen, daß er sich zwischen den Hauptelektroden 13A, 13B erstreckt.

Zwischen den beiden Schlitzen 15, 16 sind auf dem Flä­ chenheizelement 12 zwei sich parallel zu den Hauptelek­ troden 13A, 13B erstreckende Zusatzelektroden 18A, 18B angeordnet. Die Kontaktpunkte 17A, 17B der Hauptelek­ troden 13A, 13B auf den Flächenheizelementen 12 befinden sich unterhalb des unteren Schlitzes 16.

Die Kontaktpunkte 20A, 20B bzw. 21A, 21B der Zusatzelek­ troden 19a, 19b befinden sich unmittelbar angrenzend an die Schlitze 15 bzw. 16.

Die Leitungen zu den Hauptelektroden 13A, 13B sind mit 22A bzw. 22B bezeichnet, wohingegen die Leitungen zu den Zusatzelektroden 18A, 18B mit 24A bzw. 24B bezeichnet sind.

Durch die Schlitze 15, 16 entstehen zwei elektrisch getrennte Heizfelder. Im vollflächigen Heizbetrieb wird nur an 22A und 22B eine elektrische Spannung angelegt, während in einem Schnellheizbetrieb nur an 24A und 24B, also an den Zusatzelektroden 18A, 18B eine Spannung anliegt. Der letztgenannte Fall entspricht im wesentli­ chen einer Parallelschaltung zweier Heizfelder, dem Schnellheizfeld SH und dem Restheizfeld RH, wobei die Heizleistungsdichte im Restheizfeld RH jedoch stark herabgesetzt ist.

Die in Fig. 2 gezeigte Sitzheizung 30 unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Sitzheizung 10 lediglich dadurch, daß in ihrem Flächenheizelement 32 keine Schlitze 15, 16 vorgesehen sind. Die Heizfelder RH und SH sind daher stärker gekoppelt, so daß die erreichbaren Heizlei­ stungsgradienten im allgemeinen geringer sind als bei der Sitzheizung 10 von Fig. 1.

Die in Fig. 3 gezeigte Sitzheizung 40 unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Sitzheizung 10 dadurch, daß in ihrem Flächenheizelement 42 nur eine Zusatzelektrode 18 mit einer Anschlußleitung 24 vorgesehen ist. Dies kann aus prozeßtechnischen Gründen von Vorteil sein.

Die In Fig. 4 gezeigte Sitzheizung 50 unterscheidet sich von der in Fig. 3 gezeigten Sitzheizung 40 dadurch, daß in ihrem Flächenheizelement 52 keine Schlitze 15, 16 vor­ gesehen sind.

Im Schnellheizbetrieb der Sitzheizung von Fig. 3 liegen z. B. 22A und 22B auf gleichem Potential, die Heizspannung fällt hiervon gegenüber 24 ab. Hiermit wird die gesamte Heizleistung homogen auf die durch die Schlitze 15, 16 und die Hauptelektroden 13A, 13B Fläche begrenzt.

In Fig. 5 ist eine Sitzheizung 60 mit einem Multielek­ troden-Flächenheizelement 62 gezeigt. Es handelt sich um ein vorgefertigtes Flächenheizelement 62, in das mehrere Elektroden 64A bis 64G in Längsrichtung des Flächenhei­ zelements 62 parallel zueinander und im Abstand eingewebt sind. Zwischen den beiden äußersten Elektroden 64A und 64G ist in dem Flächenheizelement 62 zur elektrischen Trennung ein quer zu dem Elektroden verlaufender Schlitz 66 vorgesehen. Im Bereich des Schlitzes 66 sind außerdem die Elektroden 64C und 64E zur Bildung von Zusatzelek­ troden durchtrennt. Durch die elektrische Trennung des Flächenheizelements 62 durch den Schlitz 66 und die Trennung der Elektroden 64C und 64E wird erreicht, daß die Sitzheizung 60 so betrieben werden kann, daß ein räumliche Konzentration der Heizleistung entsteht.

Die in Fig. 6 gezeigte Sitzheizung 70 weist ein Flächen­ heizelement 72 aus gewebten Kohlenstofffilamenten auf, an dessen gegenüberliegenden Längsseiten jeweils eine Haupt­ elektrode 18A, 18B angeordnet sind. In dem Flächenheizel­ ement 72 ist zentral ein Schnellheizelement 74 in kon­ ventioneller Litzenlegetechnik aufgebracht, das auf einen kleinen Teil der Gesamtfläche wirkt. Das Schnellheizel­ ement 74 ist über zwei Zusatzelektroden 76A und 76B angeschlossen. Es kann ein sehr einfaches Litzenlegebild verwendet werden, bei dem eine elektrisch isolierte Heizfläche direkt auf dem Flächenheizelement 72 verlegt wird. Hierdurch kann ein starke Integration der beiden Flächenheizelemente 72, 74 sowie ein einfacher Aufbau erreicht werden. In diesem Fall ist die Ansteuerung des Schnellheizfeldes 74 über die Zusatzelektroden 76A, 76B vom vollflächigen Heizen mittels der Hauptelektroden 13A, 13B unabhängig.

Durch die Erweiterung einer Sitzheizung durch ein Schnellheizfeld ist eine besondere Ansteuerung erforder­ lich. Da eine Standardanforderung an ein Heizsystem die Begrenzung der Gesamtleistungsaufnahme ist und gleich­ zeitig eine schnellstmögliche Erwärmung gewünscht wird, ist es notwendig, die Heizansteuerung grundsätzlich neu zu konzipieren.

Für bestimmte Anordnungen der Heizflächen ist es z. B. ausreichend, nur einen Temperartursensor zu verwenden (z. B. die z. Zt. üblichen NTC-Sensoren), falls dieser in­ nerhalb des Schnellheizfeldes plaziert wird und der Bereich des Schnellheizfeldes während des vollflächigen Heizens normal, d. h. mit gleicher Heizleistungsdichte, mitgeheizt wird.

Eine Ansteuerung zweier oder mehrerer Heizbereiche kann grundsätzlich durch einen einfachen Schalter geschehen, durch den zwischen räumlich begrenztem Schnellheizen und Flächenheizen umgeschaltet wird.

Es kann aber auch ein Regler verwendet werden, der diesen Anforderungen voll entspricht, der jedoch diesen Schalt­ vorgang automatisch durchführt und der beispielsweise durch eine Pulsbreitensteuerung vieler Schaltgänge quasi­ kontinuierlich, d. h. die thermische Trägheit des Gesamt­ systems nutzend, einen Übergang vom Schnellheizen zum Flächenheizen gewährleisten kann.

Dieser Regler besteht aus einer Schnittstelle zu externen Sensoren und zu einem Ein/Aus-Schalter bzw. Bedienele­ ment, aus einer internen Logik/Kennlinien bzw. Charak­ teristik und aus einem Leistungsschalter, der die Gesamt­ leistung reglergemäß über die verschiedenen Elektroden auf die verschiedenen Heizbereiche verteilen kann. Die Pulsbreitensteuerung der Schaltvorgänge erfolgt bei­ spielsweise in der Weise, daß innerhalb eines Zeitrahmens t₁, der im Sekundenbereich lieg, ein Puls mit der Maxi­ mallänge t₁ erzeugt wird. Während dieser Pulslänge wird das Schnellheizfeld beheizt, in der im Zeitrahmen t₁ verbleibenden Zeit wird vollflächig beheizt. Die Steue­ rung wird nun dahingehend eine Kennlinie, Charakteristik o. ä. aufweisen, so daß direkt nach dem Einschalten der Sitzheizung für eine gewisse Zeit zunächst die Pulsdauer fast den gesamten Zeitrahmen einnimmt. Hat das Schnell­ heizfeld eine gewünschte Temperatur erreicht (oder einem anderen Kriterium bzw. Algorithmus folgend) wird die Pulsdauer später kontinuierlich bis auf einen Minimalwert herabgesetzt, um zum vollflächigen Heizen o. ä. überzuge­ hen.

Claims (5)

1. Sitzheizung mit wenigstens einem elektrischen Flächen­ heizelement (10) aus flexiblem Widerstandsmaterial, an das Hauptelektroden (13A, 13B) für eine Beheizung des Flä­ chenheizelements (10) angeschlossen sind, gekennzeichnet durch
wenigstens eine in einem Teilbereich (SH) des elektri­ schen Flächenheizelements (10) angeschlossene Zusatz­ elektrode (18A, 18B) für eine Beheizung des Teilbereichs (SH) des Flächenheizelements (10) mit erhöhter Heizungs­ dichte, und
eine Umschalteinrichtung für eine Umschaltung von der Beheizung des Teilbereichs (SH) mittels der Zusatzelek­ trode (18A, 18B) mit erhöhter Heizungsdichte auf eine im Wesentlichen vollflächige Beheizung des Flächenheiz­ elements (10) mit normaler Heizungsdichte mittels der Hauptelektroden (13A, 13B) bzw. der Hauptelektroden (13A, 13B) und der Zusatzelektrode (18A, 18H).

2. Sitzheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilbereich (SH) teilweise von der Restfläche (RH) des Flächenheizelements (10) elektrisch getrennt ist.

3. Sitzheizung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenheizelement (50) ein Gewebe ist und die Haupt­ elektroden (64A, 64B, 64D, 64F, 64G) und die Zusatzelek­ trode (64C, 64E) in das Gewebe eingebracht sind.

4. Sitzheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein durch Litzenlegetechnik hergestelltes Schnellheizelement (74) an dem Teilbereich angebracht und an Zusatzelektroden (76A, 76B) angeschlossen ist.

5. Sitzheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmaterial aus Kohlenstoff besteht.