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Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für eine Sichtscheibe eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Konstruktion oder Herstellung einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.
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DE 697 34 760 T2 beschreibt eine Heizvorrichtung für die Frontscheibe eines Kraftfahrzeugs, bei der ein gleichmäßig verteiltes Muster von Widerstandsdrähten in einem unteren Bereich der Frontscheibe angeordnet ist, wobei in dem Bereich Wischerblätter der Frontscheibe zur Auflage kommen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Heizvorrichtung für eine Sichtscheibe eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die eine Vereisung von Wischerblättern bei geringem Energiebedarf vermeidet.
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Diese Aufgabe wird für eine eingangs genannte Heizvorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die Adaption der Heizfläche an eine räumliche Verteilung des von dem Luftstrom der Fahrzeuglüftung bereitgestellten Wärmeeintrags lässt sich die benötigte elektrische Energie zur Beheizung eines Auflagebereichs des Wischerblattes vorteilhaft optimieren.
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Ziel ist es dabei zum einen, mit geringer Energiezufuhr das Wischerblatt aus einem vereisten Zustand schnell in einen abgetauten Zustand zu überführen. Zum anderen ist es Ziel, das Wischerblatt auch unter ungünstigen Witterungsbedingungen mit geringer Energiezufuhr im abgetauten Zustand zu halten.
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Eine Sichtscheibe des Kraftfahrzeugs im Sinne der Erfindung ist dabei jede durchsichtige Scheibe, die mit einem oder mehreren Wischerblättern einer Wischeranlage gereinigt wird, insbesondere eine Frontscheibe. In der Ruhestellung des Wischerblatts liegt dieses in einem zumeist unteren Randbereich der Scheibe auf. Der Ruhebereich des Wischerblattes wird auch als Wischerauflage oder Wischerablage oder Auflagebereich oder Ablagebereich bezeichnet. Sofern nachfolgend von einer Überdeckung von Bereichen der Sichtscheibe mit einem Wischerblatt die Rede ist, so ist grundsätzlich die Ruhestellung des Wischerblattes gemeint.
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Unter einer Heizfläche im Sinne der Erfindung wird jede zusammenhängende Fläche verstanden, die mittels einer elektrischen Widerstandsheizung mit räumlich im Wesentlichen konstanter Leistungsdichte beheizt wird. Unter einer im Wesentlichen konstanten Leistungsdichte wird dabei verstanden, dass eine durch die Heizfläche verursachte Temperaturerhöhung einer Oberfläche der Scheibe im Temperaturgleichgewicht um nicht mehr als 50%, bevorzugt um nicht mehr als 30%, über den Bereich der Heizfläche schwankt.
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Im Sinne der vorstehenden Definition kann eine Heizvorrichtung auch so ausgelegt sein, dass mittels derselben elektrischen Kreise von Widerstandsdrähten mehrere separate Heizflächen ausgebildet werden.
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Unter der mittleren Wärmeleistung des Luftstroms aus einer Fahrzeuglüftung wird eine Wärmeleistung durch einen Luftstrom aus einer Fahrzeuglüftung verstanden, der bereits auf eine Temperatur oberhalb einer Außentemperatur aufgeheizt wurde. Dies erfolgt zweckmäßig auf bekannte Weise wie etwa durch einen Kühlwasser-Wärmetauscher, durch eine Aufwärmung mittels sonstiger Abwärme von Verbrauchern wie z.B. elektrischen Antriebsmotoren, einer Leistungselektronik, einer Wärmepumpe oder Ähnliches, durch eine elektrisch betriebene Fahrzeuginnenraumheizung, durch eine mit einem Brennstoff betriebene Fahrzeuginnenraumheizung oder durch eine Kombination verschiedener Heizquellen.
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Die mittlere Wärmeleistung des Luftstroms aus einer Fahrzeuglüftung ist im Bereich der Heizfläche kleiner als in einem der Heizfläche benachbarten Bereich, der ebenfalls mit dem Wischerblatt in der Ruhestellung überdeckt. In bevorzugter Detailgestaltung ist eine mittlere Wärmeleistung des Luftstroms über der Heizfläche dabei um zumindest 20%, bevorzugt um zumindest 40% kleiner als eine mittlere Wärmeleistung des Luftstroms über dem benachbarten nicht von der Heizfläche überdeckten Teil des Wischerblattes in seiner Ruhestellung.
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Bei einer allgemein bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Wischerblatt zumindest abschnittsweise von keiner Heizfläche überdeckt ist. Hierdurch lässt sich besonders viel elektrische Energie einsparen, sofern in solchen nicht überdeckten Bereichen der Luftstrom ausreichend leistungsfähig ist. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das gesamte Wischerblatt von mehreren Heizflächen überdeckt sein, wobei die Heizflächen verschiedene Leistungsdichten aufweisen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung überdeckt die Heizfläche nur mit einem von wenigstens zwei Wischerblättern der Sichtscheibe. Dies ermöglicht bei nochmals verringertem Energiebedarf ein zumindest teilweises Freihalten der Wischeranlage von gebildetem Eis, so dass ein Teil der Sichtscheibe, insbesondere ein Abschnitt auf der Fahrerseite, auch unter ungünstigen Bedingungen effektiv von Niederschlag befreit werden kann.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine zweite, mit dem Wischerblatt in Ruhestellung überdeckende Heizfläche vorgesehen ist. Eine solche zweite Heizfläche kann durch eine räumliche Trennung von der ersten Heizfläche ausgebildet sein, zum Beispiel im Sinne einer separaten Trägerfolie oder eines räumlich auf derselben Trägerfolie separierten Feldes von Heizdrähten. Es kann sich bei der zweiten Heizfläche aber auch um eine unmittelbar angrenzende Heizfläche im Sinne der oben stehenden Definition handeln, wonach die zweite Heizfläche eine gegenüber der ersten Heizfläche deutlich andere Leistung aufweist. Entsprechend bewirkt die zweite Heizfläche eine im Vergleich zu der ersten Heizfläche um wenigstens 30%, bevorzugt wenigstens 50% größere oder kleinere Temperaturerhöhung an der Oberfläche der Scheibe. Die Realisierung einer solchen zweiten Heizfläche kann zum Beispiel durch andere Widerstandsdrähte, durch eine andere Anordnungsdichte der Drähte oder durch eine andere Dichte eines Widerstandsfilms realisiert werden.
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Allgemein vorteilhaft ist die Heizfläche zwischen zwei von mehreren Lagen der Sichtscheibe angeordnet. Insbesondere kann die Heizfläche durch Widerstandsdrähte oder eine flächige Metallbeschichtung im Bereich einer Sicherheitsfolie einer mehrlagigen Frontscheibe ausgebildet sein.
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Bei einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform kann die Heizfläche auf einer äußeren Oberfläche der Sichtscheibe aufgebracht sein. Bevorzugt handelt es sich um die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Oberfläche.
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Weiterhin vorteilhaft kann die Heizfläche an einer mit der Sichtscheibe verbindbaren Folie ausgebildet sein, was eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Solche Folien sind auch besonders geeignet, bei Bedarf als Nachrüstungen für Fahrzeuge angeboten zu werden, die in klimatisch besonders extremen Gebieten eingesetzt werden.
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Allgemein vorteilhaft ist eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung ganz oder zumindest teilweise in einem Bereich der Sichtscheibe angeordnet, der mit einer randseitigen Schwärzung versehen ist, so dass die Heizvorrichtung nicht sichtbar ist.
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Bei einer besonders energiesparenden Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Breite der Heizfläche senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Wischerblattes nicht größer als 20%, bevorzugt nicht größer als 10%, einer Länge des Wischerblattes ist. Hierdurch wird möglichst viel der elektrischen Energie auf die Heizung des Wischerblattes und nicht zum Erwärmen benachbarter Bereiche der Sichtscheibe verwendet.
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Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung. Bei einer bevorzugten Detailgestaltung hat das Kraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Hierunter wird im Sinne der Erfindung jeder Antrieb des Fahrzeugs verstanden, der zumindest zeitweise einen vollständigen Betrieb des Fahrzeugs durch elektrische Energie ermöglicht. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um ein reines Elektrofahrzeug ohne zusätzlichen Verbrennungsmotor oder eine zusätzliche Brennstoffzelle. Für solche Fahrzeuge ist die vorliegende Erfindung zur Einsparung elektrischer Energie besonders effektiv.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Konstruktion oder Herstellung einer Heizvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
- a. Messen und/oder Simulieren einer Verteilung der Wärmeleistung des Luftstroms der Fahrzeuglüftung auf der Scheibe;
- b. Formgebung und/oder Positionierung mindestens einer Heizfläche in Abhängigkeit der Messung aus Schritt a.
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Durch die Anpassung der Heizfläche in Abhängigkeit von einer mathematischen und/oder Computer-Simulation und/oder von einer Messung der Wirkung der Fahrzeuglüftung kann die Beheizung des Wischerblattes hinsichtlich des Verbrauchs von elektrischer Energie optimiert werden. Eine einfache und bevorzugte Messung der Verteilung der Wärmeleistung des Luftstroms kann durch eine thermografische Abbildung der durch den Luftstrom beheizten Scheibe erfolgen. Alternativ oder ergänzend kann auch ein zeitlicher Verlauf des Auftauens der zugefrorenen Scheibe durch den Luftstrom beobachtet werden, um eine anschließende Anpassung der Heizfläche nach Form, Positionierung und Leistung vorzunehmen.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Sichtscheibe mit einer erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.
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Die in 1 gezeigte Sichtscheibe 1 ist eine Frontscheibe eines Personenkraftwagens, vorliegend eines Elektrofahrzeugs. Sie besteht aus zwei Lagen von Glas, zwischen denen sich auf bekannte Weise eine durchsichtige Kunststofffolie angeordnet ist.
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In einem unteren Bereich der Scheibe 1 sind zwei Wischerblätter 2 einer Scheibenwischeranlage in ihrer Ruhestellung angeordnet. Die Wischerblätter 2 berühren die Frontseite der Scheibe dabei jeweils in einem Auflagebereich, der in einem geschwärzten Randbereich der Scheibe (nicht dargestellt) angeordnet ist. Der Auflagebereich ergibt sich aus der Summe sämtlicher Punkte, in denen die Wischerblätter die Scheibe in ihrer Ruhestellung berühren können. Dabei werden mechanische Toleranzen der Scheibenwischeranlage, die elastischen Eigenschaften der Wischerblätter und Ähnliches bei der Definition des Auflagebereiches berücksichtigt.
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Die Scheibe 1 ist vorliegend in einem vereisten und teilweise aufgetauten Zustand dargestellt. Hierzu wurde das Kraftfahrzeug in eine Kältekammer verbracht, um die Scheibe unter realitätsnahen Bedingungen mit einer Eisschicht zu versehen. Nachfolgend wurde eine Lüftungsanlage des Fahrzeugs aktiviert und eine betriebsübliche Einstellung von Ausströmdüsen der Fahrzeuglüftung zur Enteisung der Frontscheibe gewählt.
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Nach kurzer Zeit beginnt die Scheibe in einigen Bereichen 3 abzutauen, deren Ränder in 1 auf Basis eines Lichtbildes der teilweise abgetauten Scheibe dargestellt sind. Erkennbar handelt es sich dabei zum einen um einen großen Bereich im Zentrum der Fronscheibe sowie um eine Mehrzahl von kleineren Bereichen, die jeweils an einer Unterseite der Scheibe angeordnet sind.
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Diese kleineren aufgetauten Bereiche und ihre dazwischen noch befindlichen vereisten Bereiche sind Ausdruck eine Verteilung der Wärmeleistung des Luftstroms. Entsprechend der Anordnung von Ausströmdüsen im unteren Randbereich der Scheibe werden einige Bereiche effektiver aufgetaut bzw. erhitzt als andere Bereiche.
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Diese weniger effektiv durch den Luftstrom erhitzten Bereiche werden erfindungsgemäß durch Heizflächen 4 mit einer elektrischen Widerstandsheizung belegt. Die Heizflächen 4 überdecken dabei jeweils mit einem der Wischerblätter 2 in seiner Ruheposition. Eine Breite der Bereiche 4 senkrecht zur Erstreckung der Wischerblätter 2 beträgt nicht mehr als 20%, vorliegend etwa 5%, einer Länge der Wischerblätter.
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In den zuerst aufgetauten Bereichen sind jeweils keine Heizflächen 4 in Überdeckung mit den Wischerblättern vorgesehen, so dass insgesamt eine homogene Beheizung der Auflagebereiche der Wischerblätter 2 erzielt wird, wobei eine elektrische Leistungsaufnahme der Heizflächen 4 insgesamt optimiert ist.
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Die Heizflächen 4 können auf bekannte Weise als Heizdrähte zwischen den zwei Lagen von Glas der Frontscheibe angeordnet sein. Die Aufbringung kann je nach Anforderungen mittels Leitpaste oder Ähnlichem erfolgen.
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Vorliegend sind die Heizflächen als mehrere Felder von elektrischen Widerstandsdrähten auf einer tragenden Folie 5 (unterbrochene Linie) angeordnet. Die Folie 5 trägt somit sämtliche der Heizflächen 4 eines Wischerblattes 2. Je nach Anforderungen kann die Folie 5 zwischen den Lagen von Glasscheiben oder auch auf einer Außenfläche der Frontscheibe aufgebracht sein.
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Beim vorstehend beschriebenen Beispiel sind zwischen und neben den Heizflächen jeweils nicht elektrisch beheizte Bereiche vorhanden, die mit den Wischerblättern überdecken. Bei einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform kann auch der gesamte Auflagebereich der Wischerblätter mit Heizflächen überdecken, wobei verschiedene Heizflächen mit deutlich verschiedener elektrischer Leistungsdichte über den Verlauf des Wischerblattes vorgesehen sind.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der vorstehend beschriebenen Heizvorrichtung ist dadurch gegeben, dass zunächst mittels der Ausbildung der zuerst auftauenden Bereiche 3 eine qualitative Verteilung der Wärmeleistung der Fahrzeugslüftung im unteren Bereich der Frontscheibe gemessen und dokumentiert wird. Zur Feinabstimmung können dabei mehrere Bilder des Auftauvorgangs zu verschiedenen Zeiten aufgenommen werden.
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Auf Basis der so gemessenen und dokumentierten Leistungsverteilung der Lüftung werden dann die elektrischen Heizflächen nach jeweiliger Position, Größe und Leistungsdichte festgelegt. Hierdurch wird eine auf das jeweilige Fahrzeugmodell optimierte Heizung für den Auflagebereich der Wischerblätter bereitgestellt.
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Bei einer alternativen oder ergänzenden Vorgehensweise kann auch eine thermografische Abbildung der luftbeströmten Scheibe 1, zum Beispiel mittels einer Wärmebildkamera, herangezogen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sichtscheibe, Frontscheibe
- 2
- Wischerblatt
- 3
- zuerst auftauender Bereich, Bereich mit hoher Wärmeleistung der Fahrzeuglüftung
- 4
- Heizfläche
- 5
- Folie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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