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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder ein Elektrofahrzeug, aufweisend einen Fahrgastraum, der durch Innenraumbauteile begrenzt ist.
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Der Entwicklung oder Weiterentwicklung von Elektrofahrzeugen liegt eine Vielzahl von Zielsetzungen zugrunde, von denen einige aktuell als vorrangig angesehen und behandelt werden. Dazu zählt unter anderem auch Erhöhung der Reichweite von Elektrofahrzeugen.
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Hierzu wird zum einen an der Erhöhung der Speicherkapazität von für den Einsatz in Elektrofahrzeugen geeigneten Hochvoltspeichern gearbeitet und zum anderen wird nach Möglichkeiten gesucht, den Bedarf an elektrischer Energie eines entsprechenden Elektrofahrzeuges im Betrieb zu reduzieren. Dabei wird quasi als Nebenbedingung typischerweise gefordert, dass entsprechende Maßnahmen zur Reduzierung des Leistungsbedarfs keine signifikanten Komforteinbußen für Fahrzeuginsassen bedingen.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaft ausgestaltetes Kraftfahrzeug anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.
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Ein entsprechendes Kraftfahrzeug ist dabei insbesondere als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet und weist einen Fahrgastraum auf, der durch eine Anzahl Innenraumbauteile begrenzt ist. Als ein solches Innenraumbauteil ist dabei im Sinne dieser Anmeldung zum Beispiel ein Teil einer Tür Innenverkleidung, ein den Dachhimmel mit ausbildendes Bauteil, eine Instrumententafel, ein Fahrgastsitz oder ein einen Fußraum mit ausbildendes Bauteil zu verstehen und zumindest ein entsprechendes Innenraumbauteil ist erfindungsgemäß als Klima-Komfortelement ausgebildet, welches einen Latentwärmespeicher aufweist.
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Ein entsprechendes Klima-Komfortelement ergänzt dabei typischerweise eine im Kraftfahrzeug verbaute Klimaanlage und/oder eine Heizeinrichtung und unterstützt diese mittels des Latentwärmespeichers bei der Klimatisierung des Fahrgastraums. Hierbei ist ein entsprechendes Klima-Komfortelement zur Aufnahme von Wärme oder zur Abgabe von Wärme und bevorzugt sowohl zur Aufnahme von Wärme aus dem Fahrgastraum als auch zur Abgabe von Wärme in den Fahrgastraum vorgesehen und ausgebildet. Es dient daher nicht zur Temperierung des entsprechenden Innenraumbauteils, wie dies beispielsweise bei einer Lenkradheizung, Sitzheizung oder Sitzbelüftung der Fall ist, sondern zur Klimatisierung des gesamten Fahrgastraums, also insbesondere auch der Raumluft.
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Mit Hilfe des Latentwärmespeichers ist dabei ein zusätzlicher Energiespeicher, genauer ein Wärmeenergiespeicher, im Kraftfahrzeug realisiert, der zumindest einen Beitrag zur Klimatisierung des Fahrgastraums leisten soll und je nach vorliegender Bedingung auch beiträgt, ohne dass hierdurch elektrische Energie aus einem Energiespeicher für elektrische Energie im Kraftfahrzeug entnommen wird.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist das Klima-Komfortelement dabei als rein passives Bauteil ohne aktive Kühl- und/oder Heizmittel ausgebildet und dementsprechend auch nicht an das Bordnetz oder die Bordelektronik angebunden. Stattdessen fungiert das Klima-Komfortelement, oder genauer der Latentwärmespeicher des Klima-Komfortelements, je nach Situation als Wärme- oder Kälte-Akku, der durch Abgabe bzw. Aufnahme von Wärme ein Absinken bzw. Ansteigen der Temperatur im Fahrgastraum infolge eines Wärmetransfers zwischen Fahrgastraum und der Umgebung des Kraftfahrzeuges zeitweise unterbindet, also eine entsprechende Temperaturveränderung hinauszögert. Wird also beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit einem entsprechenden Klima-Komfortelement nach einer längeren Betriebsdauer für einen kürzeren Zeitraum abgestellt, so wird der Latentwärmespeicher des Klima-Komfortelements eine vorgegebene Temperatur, beispielsweise eine Phasenwechseltemperatur, im Fahrgastraum über eine gewisse Zeit hinweg halten, auch wenn das Kraftfahrzeug und somit die Klimaanlage des Kraftfahrzeuges oder die Heizeinrichtung des Kraftfahrzeuges außer Betrieb sind. Kurz gesagt, wird der Fahrgastraum zumindest zeitweise auf einer durch die Ausgestaltung des Latentwärmespeichers vorgegebenen Temperatur gehalten, indem der Wärmetransfer zwischen dem Fahrgastraum und der Umgebung des Kraftfahrzeuges zumindest teilweise durch einen entsprechenden Wärmetransfer zwischen dem Latentwärmespeicher und dem Fahrgastraum kompensiert wird. Die entsprechende Wärme wird dabei als Latentwärme im Latentwärmespeicher gespeichert oder es wird entsprechende Latentwärme freigegeben.
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Ist ein entsprechend ausgestaltetes Kraftfahrzeug über einen längeren Zeitraum außer Betrieb, beispielsweise über Nacht, so erfolgt eine Temperaturangleichung zwischen der Umgebung des Kraftfahrzeuges und dem Latentwärmespeicher, was ebenfalls vorteilhaft genutzt werden kann. Wird das Kraftfahrzeug beispielsweise über Nacht in einer Garage abgestellt, in der jahreszeitunabhängig eine relativ angenehme Temperatur vorherrscht, so ist es durch den Einsatz eines geeigneten Latentwärmespeichers möglich, diese Temperatur oder eine Temperatur nahe dieser Temperatur nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges und dem Verlassen der Garage über einen begrenzten Zeitraum zu halten, indem wiederum ein Teil des Wärmetransfers zwischen dem Fahrgastraum und der Umgebung des Kraftfahrzeuges durch den Latentwärmespeicher kompensiert wird.
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Dieses Prinzip lässt sich auch in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor vorteilhaft nutzen, wird jedoch bevorzugt in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt, unter anderem, um hierdurch im Betrieb des Kraftfahrzeuges den Bedarf an elektrischer Energie für die Klimatisierung des Fahrgastraums, also auch die Vorgabe einer Temperatur im Fahrgastraum zu verringern. Auf diese Weise lässt sich dann die Reichweite des Kraftfahrzeuges im elektrischen Betrieb erhöhen.
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Zweckdienlicherweise ist der Latentwärmespeicher hierbei durch ein Speichermedium oder Speichermaterial, insbesondere ein Phasenwechselmaterial, sowie eine Aufnahme für das Speichermedium ausgebildet. Die Aufnahme ist dabei zum Beispiel durch einen einzigen, formfesten Behälter ausgebildet, der das Phasenwechselmaterial zusammen und näherungsweise in Position hält, also in einem vorgegebenen Volumen mit einer im Wesentlichen festen Relativposition zum übrigen Kraftfahrzeug einschließt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist die Aufnahme durch eine oder mehrere Taschen, Pads und/oder Beutel ausgebildet, die je nach Anwendungszweck aneinandergereiht oder aber räumlich über das Innenraumbauteil verteilt angeordnet sind. Entsprechende Taschen sind dann zum Beispiel durch eine flexible Membran begrenzt, so dass das Speichermedium zwar in einem Volumen eingeschlossen und in einer relativen Position zum übrigen Kraftfahrzeug gehalten ist, also in den Taschen eingeschlossen ist, die Taschen jedoch keine feste Form aufweisen.
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Einer weiteren Ausführung entsprechend wird die Aufnahme des Innenraumbauteils durch mehrere Kapseln ausgebildet, die insbesondere über ein vorgegebenes Volumen gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Jene Kapseln sind dabei bevorzugt als Mikrokapseln ausgebildet und weisen hierbei eine maximale Ausdehnung kleiner 10 μm und insbesondere etwa 5 μm auf. Die entsprechenden Mikrokapseln sind dann weiter bevorzugt in einer Art Matrixmaterial eingebettet, und zwar zweckdienlicherweise in einem Material oder Bauelement, welches typischerweise ohnehin in einem entsprechenden Innenraumbauteil vorgesehen ist.
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Zugunsten einer ansprechenden Optik ist es weiter günstig, wenn das Innenraumteil eine dem Fahrgastraum zugewandte Dekorschicht aufweist, hinter der der Latentwärmespeicher angeordnet ist. Eine entsprechende Dekorschicht ist dabei zweckdienlicherweise aus Leder, einem Textilgewebe, einem strukturierten Kunststoff oder einem anderen im Kraftfahrzeugbereich typischerweise eingesetzten Material gefertigt und bildet die für die Insassen sichtbare Oberfläche des Innenraumbauteils im Fahrgastraum aus.
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Ist für das Innenraumbauteil eine sich an die Dekorschicht anschließende Zwischenschicht vorgesehen, so ist es zielführend, den Latentwärmespeicher in die Zwischenschicht zu integrieren, insbesondere auch um hierdurch den Wärmeaustausch zwischen dem Latentwärmespeicher und dem Fahrgastraum zu begünstigen.
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Bei einigen Innenraumbauteilen ist es weiter üblich, für diese eine Art Polsterung oder eine Hinterschäumung vorzusehen, insbesondere, wenn davon auszugehen ist, dass Insassen die entsprechenden Innenraumbauteile häufiger berühren. Dies gilt zum Beispiel für sogenannte Türverkleidungen, die häufig eine Armauflage oder Armlehne ausbilden. Ist eine entsprechende Zwischenschicht beispielsweise aus einem Schaumstoff vorgesehen, so ist es von Vorteil, den Latentwärmespeicher in eben diese Zwischenschicht zu integrieren. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, eine große Anzahl mit einem Speichermedium gefüllte Mikrokapseln einzusetzen, die dann bevorzugt dem Grundmaterial für den Schaumstoff beigemischt werden und somit beim Auttragen, Aufspritzen oder Hinterspritzen mit verteilt werden.
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Typisch ist es dabei weiter, eine Art formgebendes Trägerelement für das Innenraumbauteil vorzusehen, das typischerweise dem Fahrgastraum abgewandt ist und in der Regel Befestigungselemente zur Befestigung beispielsweise an der Karosserie des Kraftfahrzeuges aufweist. Auf ein solches Trägerelement wird dann häufig eine Zwischenschicht, beispielsweise zur Polsterung, aufgetragen, in welcher, wie bereits zuvor erwähnt, bevorzugt der Latentwärmespeicher integriert ist. Jene Zwischenschicht wird dann typischerweise durch eine Dekorschicht abgedeckt, so dass das Innenraumbauteil eine Art Sandwich-Aufbau aufweist.
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Um einen möglichst großen Effekt zu erzielen, ist es außerdem zweckdienlich, eine entsprechend große Menge an Speichermaterial im Kraftfahrzeug zu verbauen und dabei möglichst ein Speichermaterial zu verwenden, das eine recht hohe Speicherkapazität aufweist. Zweckdienlich ist es dabei weiter, das vorgesehene Speichermaterial räumlich verteilt anzuordnen und insbesondere mehrere Innenraumbauteile im Fahrgastraum als Klima-Komfortelemente auszugestalten. So ist es zum Beispiel günstig, alle Türverkleidungen eines Kraftfahrzeuges mit einem entsprechenden Latentwärmespeicher zu versehen, sowie zusätzlich die sogenannte Instrumententafel und/oder den Dachhimmel als entsprechendes Klima-Komfortelement auszugestalten.
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Insbesondere im Falle des typischerweise großflächigen Dachhimmels ist es dabei je nach Ausbildung des Latentwärmespeichers zweckdienlich, den Dachhimmel mit Hilfe mehrerer Latentwärmespeicher-Module auszubilden, die beispielsweise wie Fliesen in einem Badezimmer aneinandergereiht werden, um so eine große Fläche, also beispielsweise die Dachhimmelfläche, zu bedecken.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einer teiltransparenten Aufsicht ein Kraftfahrzeug mit mehreren ein Klima-Komfortelement aufweisenden Innenraumbauteilen,
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2 in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung das Klima-Komfortelement einer Instrumententafel,
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3 in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung das Klima-Komfortelement einer Türverkleidung sowie
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4 in einer ausschnittsweisen Schnittdarstellung das Klima-Komfortelement einer Vordersitz-Rückseite.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes und in 1 angedeutetes Kraftfahrzeug 2 weist einen Fahrgastraum 4 auf, der durch mehrere Innenraumbauteile 6 begrenzt ist.
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Einige der Innenraumbauteile 6 sind mit einem Latentwärmespeicher 8 versehen, bei dem ein Speichermedium, im Ausführungsbeispiel ein Phasenwechselmaterial 10, in einer Aufnahme 12 eingeschlossen ist. Dies sind im Ausführungsbeispiel die Türverkleidungen 14, die Armaturentafel oder Instrumententafel 16, der Dachhimmel 18 sowie die Rückseiten der Vordersitze 20. Diese Innenraumbauteile 6 bilden mittels des Phasenwechselmaterials 10 passive Klima-Komfortelemente 22 aus, die das Klima im Fahrgastraum 4 günstig beeinflussen und auf diese Weise eine nicht nähere dargestellte Klimaanlage im Kraftfahrzeug 2 sowie eine ebenfalls nicht näher dargestellte Heizeinrichtung im Kraftfahrzeug 2 unterstützen.
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Bei jenen Klima-Komfortelementen 22 handelt es sich dabei jedoch nicht um elektrische Verbraucher und dementsprechend sind diese weder an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges 2 angebunden noch ist für diese eine eigene Speichereinheit für elektrische Energie zu deren Versorgung vorgesehen. Stattdessen beeinflussen diese Klima-Komfortelemente 22 die Bedingungen im Fahrgastraum 4 durch einen Wärmeaustausch zwischen dem Phasenwechselmaterial 10 und dem Fahrgastraum 4, wobei je nach Wärmestrom bei einer Temperatur von 21°C ein Phasenwechsel zwischen flüssig und fest im Phasenwechselmaterial 10 erfolgt. Die im Kraftfahrzeug 2 verbauten Latentwärmespeicher 8 dienen somit als Kühl-Akkus und/oder Heiz-Akkus, mit deren Hilfe nach an sich bekanntem Prinzip ein Auskühlen oder Aufheizen des Fahrgastraums 4 verhindert oder zumindest hinausgezögert wird.
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Im Ausführungsbeispiel sind die Klima-Komfortelemente 22 und insbesondere die Latentwärmespeicher 8 der verschiedenen Innenraumbauteile 6 unterschiedlich gestaltet. So weist die Instrumententafel 16 einen Latentwärmespeicher 8 auf, der näherungsweise plattenförmig gestaltet ist und der oberhalb der typischen Position eines Beifahrer-Airbags angeordnet und somit nahe der Windschutzscheibe positioniert ist. Hierbei besteht der Latentwärmespeicher 8 aus einem flachen formfesten Behälter 24, in dem das Phasenwechselmaterial 10 des Latentwärmespeichers 8 eingeschlossen ist.
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Der Behälter 24 ist hierbei in einer Zwischenschicht 26 aus einem Schaumstoff angeordnet und auf ein Trägerelement 28 aufgeklebt. Abgedeckt ist jene Zwischenschicht 26 mit einem Kunstlederbezug 30, der die gesamte Instrumententafel 16 bedeckt und somit die dem Fahrgastraum 4 zugewandte Oberfläche ausbildet. Im Bereich des Latentwärmespeichers 8 weist der Kunstlederbezug 30 weiter Poren 32 auf, an die sich feine Luftkanäle 34 im Schaumstoff der Zwischenschicht 26 anschließen, die bis zum Latentwärmespeicher 8 reichen. Die Luftkanäle 34 begünstigen einen Wärmeaustausch zwischen dem Latentwärmespeicher 8 und dem Fahrgastraum 4 und bilden daher das Klima-Komfortelement 22 der Instrumententafel 6 mit aus. Das Klima-Komfortelement 22 der Instrumententafel 16 ist somit nicht allein durch den Latentwärmespeicher 8, also den Behälter 24 mit dem darin enthaltenen Phasenwechselmaterial 10, gegeben, sondern auch durch die den Latentwärmespeicher 8 unmittelbar umgebenden Bauelemente der Instrumententafel 16.
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Im Falle des Dachhimmels 18 sind mehrere solcher formfesten Behälter 24 mit Phasenwechselmaterial 10 an der Dachpartie der Karosserie befestigt und hierbei wie Fliesen in einem Badezimmer mit kleineren Zwischenabständen aneinandergereiht. Die einzelnen Behälter 24 sind dabei identisch gestaltet und bilden Latentwärmespeicher-Module aus, mit denen sich für unterschiedliche Anwendungszwecke unterschiedliche Flächen bepflastern lassen. So ist es beispielsweise für Kraftfahrzeuge 2 mit einem Schiebedach vorgesehen, im entsprechenden Bereich des Schiebedaches keine solchen Module anzuordnen, wohingegen bei einem Kraftfahrzeug 2 ohne Schiebedach keine größere Freifläche ohne Module vorgesehen ist und dementsprechend mehr Module verbaut werden. Der so mit entsprechenden Behältern 24 bepflasterte Dachbereich wird abschließend mit Textilbahnen abgedeckt, so dass bei diesem Ausführungsbeispiel das Innenraumbauteil 6 aus den Behältern 24 und den Textilbahnen besteht. In diesem Fall wird jedes Latentwärmespeicher-Modul als Klima-Komfortelement 22 angesehen.
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Die Türverkleidungen 14 der Türen des Kraftfahrzeuges 2 weisen ähnlich wie im Falle der Instrumententafel 16 einen begrenzten Bereich auf, in dem Phasenwechselmaterial 10 angeordnet ist, wobei dieser Bereich oberhalb einer Armauflage der entsprechenden Türverkleidung 14 angeordnet ist. In diesem Bereich weist die Türverkleidung einen mehrschichtigen Aufbau auf mit einem Träger 36, der nicht näher dargestellte Befestigungselemente zur Befestigung an der Karosserie aufweist. An den Träger 36 schließt sich eine aus Schaumstoff gefertigte Zwischenschicht 26 an, die schließlich wieder, ähnlich wie bei der Instrumententafel 16, durch einen Kunstlederbezug 30 zum Fahrgastraum 4 hin abgedeckt ist.
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In die Zwischenschicht 26 sind eine Vielzahl von Mikrokapseln 38 integriert, die gemeinsam den Latentwärmespeicher 8 einer Türverkleidung 14 ausbilden. Jene Mikrokapseln 38 weisen dabei alle eine vergleichbare Größe auf und sind im Wesentlichen gleichmäßig in der Zwischenschicht 26 verteilt. Dabei sind die Mikrokapseln 38 im Ausführungsbeispiel näherungsweise kugelförmig und weisen einen Durchmesser von etwa d = 5 μm auf. In dieser Ausführung ist die Zwischenschicht 26 b = 15 mm stark und der Kunstlederbezug 30 etwa a = 3 mm. Der Träger 36 ist in diesem Bereich etwa c = 7 mm stark und ist aus einem formfesten Kunststoff hergestellt. Im Falle der Türverkleidungen 14 weist sowohl der Kunstlederbezug 30 als auch der Schaumstoff der Zwischenschicht 26 ein ausreichendes Wärmeleitungsvermögen auf, so das eine spezielle Perforierung wie im Falle der Instrumententafel 16 nicht vorgesehen ist.
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Bei den Vordersitzen 20 bilden die Rückseiten Klima-Komfortelemente 22 aus, wobei hier mehrere aneinander hängende Taschen 40 die Aufnahme 12 für das Speichermedium, also das Phasenwechselmaterial 10, ausbilden, die durch zwei miteinander verschweißte Kunststofffolien ausgebildet werden, in denen das Phasenwechselmaterial 10 quasi eingeschweißt ist. Die Taschen 40 sind dabei unmittelbar hinter einem Textilbezug 42 angeordnet, der zur Begünstigung des Wärmetransfers grobporig oder grobmaschig gestaltet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Fahrgastraum
- 6
- Innenraumbauteile
- 8
- Latentwärmespeicher
- 10
- Phasenwechselmaterial
- 12
- Aufnahme
- 14
- Türverkleidung
- 16
- Instrumententafel
- 18
- Dachhimmel
- 20
- Vordersitz
- 22
- Klima-Komfortelement
- 24
- Behälter
- 26
- Zwischenschicht
- 28
- Trägerelement
- 30
- Kunstlederbezug
- 32
- Pore
- 34
- Luftkanal
- 36
- Träger
- 38
- Mikrokapsel
- 40
- Tasche
- 42
- Textilbezug
