DE1630518A1

DE1630518A1 - Steuerung fuer eine elektrische Kraftfahrzeug-Heizung

Info

Publication number: DE1630518A1
Application number: DE19671630518
Authority: DE
Inventors: Nilssen Ole K
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1967-01-30
Filing date: 1967-10-30
Publication date: 1971-07-22
Also published as: US3440398A; GB1192089A

Description

p.,.,,., 163051a

Dipl.-Ing. !OriWeSSel München, den 30. Okt.1967

13

8 München 13
Hohenstauf enstr. 2, Tel. 3 3 8111

Mein Zeichen:FK-1972,

F ο τ d - W e r k e Aktiengesellschaft

K ö 1 η - N i e h 1
Henry-Ford-St ras s e

"Steuerung für eine elektrische Kraftfahrzeug-Heizung"

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Patentanmeldung Se.No. 612 453 vom 30. Januar I967 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Bei Kraftfahrzeugen wird üblicherweise die überschusswärme der Maschinenkühlung zur Erwärmung des Pahrgastraumes benutzt. In den meisten Fällen aber erzeugen die Kühlungen ttfährend der ersten fünf bis zehn Minuten Betriebsdauer keine bedeutende Wärme. Bei einer elektrischen Heifeung nach der amerikanischen Patentschrift 3 264 450 wird der ungeregelte Betrieb des elektrischen Stromerzeugers in der Zeitspanne benutzt, ehe Warmluft aus der Maschinenkühlung vorhanden ist, um die Wärme für den Fahrgastraum zu erzeugen. Bei einer solchen Heizung wird der Stromerzeuger bzvi. die Lichtmaschine in den geregelten Zustand geschaltet und das elektrische Heizelement v/ird durch eine elektrische Spule abgeschaltet, die auf einen temperaturempfindlichen Schalter anspricht. Es ist dieses zwar durchführbar, indessen erfordern die Steuerkreise eine beträchtliche Anzahl besonderer Bauelemente elnschliesslich einer Spule, mehreren durch die Spule

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miteinander gekuppelten Schaltern und in einem System einen besonders ausgebildeten Spannungsregler. Die zusätzlichen Bauteile steigern die Kosten für eine solche Heizung beträchtlich.

Der Steuerkreis nach der vorliegenden Erfindung erfordert als zusätzlichen Bauteil lediglich einen temperaturempfindlichen Schalter und einen von Hand zu betätigenden Schalter. Bei einen elektrischen Heizsystem für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Stromerzeuger, einer aufladbaren elektrischen Batterie, einem Regler mit einem spannungsregelnden Relais, welches den Spannungsausgang des Stromerzeugers regeln kann und einem elektrischen Heizelement besteht der Steuerkreis nach der ERfindung aus einem temperaturempfindlichen Schalter zum Umschalten des Stromerzeugers zwischen dem geregelten und dem nicht geregelten Zustand und einem von Hand betätigten Schalter, um den terrL-peraturempfindlichen Schalter gegenüber dem Stromerzeuger ein- und auszuschalten. Der temperaturempfindliche Schalter liegt in Reihe mit dem spannungsregelnden Relais des Reglers und der von Hand betätigbare Schalter liegt vorzugsweise parallel zu dem temperaturempfindlichen Schalter.

Es 1st nicht notwendig, das elektrische Heizelement von der Ausgangsspannung des Stromerzeugers abzuschalten, wenn der Steuerkreis nach der Erfindung den Stromerzeuger in den geregelten Zustand schaltet, weil alsdann die durch das elektrische Heizelement erzeugte Wärmemenge im Vergleich zur Wärmemenge, die von der Maschinenkühlung erzeugt wird, gering ist. Wenn eine verringerte Wärmemenge von dem Fahrgastraum angefordert wird, so ist es Indessen zweckmiissig, das elektrische Heizelement von dem Stromerzeuger abzuschalten und es können gekuppelte Schalter

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an den Hebel der Temperatursteuerung angelenkt werden, die zu diesem Zweck von dem Fahrer des Fahrzeuges von Hand betätigt werden. Die gekuppelten Schalter verbinden das elektrische Heizelement mit der Ausgangsspannung des Stromerzeugers, wenn der Steuerhebel für die Temperatur in die Stellung für maximale Wärmeentwicklung bewegt ist und schalten das elektrische Heizelement ab, wenn der Steuerhebel für die Temperatur aus der maximalen Heizstellung herausbewegt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform des Steuerkreises nach der Erfindung xfird ein Thermistor parallel zu dem temperaturempfindlichen Schalter geschaltet. Der Thermistor ist ein temperaturempfindlicher Widerstand, der bei höheren Temperaturen sinkenden Widerstand aufweist. Besitzt das Fahrzeug einen Kühlmittelheizkörper vor dem elektrischen Heizelement, so kann der Thermistor vor dem elektrischen Heizelement Und hinter dem Kühlmittel-Heizelement angeordnet sein. Sobald das Kühlmittel aus der Maschine Wärme liefert, sinkt der Widerstand des Thermistors und schaltet allmählich den Stromerzeuger aus dem nicht geregelten in den geregelten Zustand. Die Wärme aus dem elektrischen Heizelement ist alsdann mit der Wärme aus dem Maschinen-Kühlmittel koordiniert, so dass eine Luftströmung mit konstanter Temperatur erzielt wird. Gegebenenfalls kann der Thermistor auch vor dem elektrischen Heizelement angeordnet werden _} woselbst er zusätzlich als Sicherheitsvorrichtung dient, durch die der Stromerzeuger im Falle einer überhitzung in den geregelten Zustand geschaltet wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, auf denen zeigen: --"^u c^g 109 830 AO3 TO

Pig. 1 die Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges mit der schenatischen Darstellung der Installation eines Schnell-Heizsystems mit einer Stromkreissteuerung nach der Erfindung.

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Heizung mit dem Steuerkreis nach der ERfindung. Sie enthält eine Darstellung der von Hand betätigten Temperatursteuerung in dem Fahrgastraum, die durch den Fahrer betätigt wird.

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführungsform des Steuerkreises, bei der ein Thermistor benutzt wird, um die Wärme aus dem elektrischen Heizelement und aus dem Kühlsystem der Maschine zu koordinieren.

Fig. h einen abgeänderten Kreis, bei welchem der temperaturempfindliche Schalter einen einzigen Schaltteil besitzt.

In der Fig. 1 ist in einer Kraftfahrzeugkarosserie 10 ein Kühler 12 für die nicht dargestellte Mashine angeordnet. In der Karosserie sitzt eine Heizkammer l4, die den Heizkörper 16 des Kühlmittels der Maschine enthält. Die Kammer Ik steht mit dem Fahrgastraum 18 an dem einen Ende in Verbindung und ist am anderen Ende offen. Der Heizkörper 16 erhält über einen Schlauch 20 das Kühlmittel aus dem Kühlsystem der Maschine. In der Kammer 14 sitzt ausserdem ein elektrischer Ventilator 22 und drückt Luft über den Heizkörper 16 in den Fahrgastraum Ιδ.

Die Kammer l4 enthält ausserdem einen elektrischen Heizkörper 2*1 hinter dem Heizkörper 16. Ein Steuerkreis 26 ist elektrisch mit dem Ventilator 22 und dem Heizkörper 2*1 verbunden und necha-

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nisch Mt einer Temperaturregelung 28. Die Temperaturregelung 28 sitzt im Fahrgastraum 18. Die gestrichelte.Linie 30 stellt die me^-chanisehe Verbindung zwischen der Regelung 28 und dem Kreis 26 dar, die z.B. aus einem BowdenrZug bestehen kann.

Der Steuerlcreis 26 ist in der Fig. 2 schematisch dargestellt. Nach Fig. 2 -wird ein drei-phasiger Wechselstromerzeuger 32, die Lichtmaschinej von der Maschine in üblicher (nicht dargestellter) Weise angetrieben. Die Leitungen 34 und 36 sind mit der Feldwicklung der Viechseistrommaschine 32 verbunden und die Leitungen 38, 40 und 42 sind mit den Ausgangswicklungen der Wechselstrommaschine 32 verbunden. Die Leitungen 38, 40 und 42 sind mit den Eckpunkten eines in Dreieck geschalteten elektrischen Heizkörpers 44 über Schalter 46,48 und 50 verbunden. Die gestrichelte Linie 52 stellt eine gekuppelte Verbindung zwischen den Schaltern 46,48 und 50 dar.

Die Leitungen 38, 40 und 42 sind ausserdem mit einem drei-phasigen Vollweggleichrichter 54 verbunden. Der Gleichrichter 54 kann irgendein üblicher Gleichrichter sein, wie z.B. ein Brücken-Gleichrichter oder auch ein in der Mitte angezapfter Transformator sein und er richtet dfe Ausgangsspannung der Wechselstrommaschine 32 in eine Gleichstromausgangsspannung gleich und zwar p^ositiv zur Leitung 56 und negativ zur Leitung 58. Die Leitung 53 liegt am negativen Pol der Batterie 60, einer wiader aufladbaren elektrischen Batterie. Der negative Pol der Batterie 60 ist bei 6l mit Masse verbunden.

Ein Spannungsregler wird von der gestrichelten Linie 62 umgeben. Der Regler 62 enthält ein Spannung regelndes Relais, welches

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von der Strich-punktierten Linie 64 umgeben ist sowie ein die Batterie anschliessendes Relais ₃ welches von der strich-punktierten Linie 66' umgeben ist. In dem regpLmden Relais 64 ist die Leitung 56 direkt mit einem oberen Kontakt 68 verbunden und über einen Widerstand 70 mit einem unteren Kontakt 72. Der untere Kontakt J2 liegt dem oberen Kontakt 68 gegenüber und ist um einen schmalen Spalt von ihm entfernt. In diesem Spalt sitzt ein Arm 74, der zwischen den beiden Kontakten 68 und 72 beweglich ist. Der Arm 74 ist mit der Leitung 34 der Feldwicklung der Wechselstrommaschine verbunden und die Leitung 36 der Feldwicklung ist mit Masse verbunden.

Eine Leitung 76 verbindet die Leitung 56 mit einem Anschlussschalter 78 für die Batterie, der einen Teil des Verbindungsrelais 66 darstellt. Der Schalter 78 seinerseits ist über die Leitung 80 mit dem positiven Pol der Batterie 60 verbunden.

Ein temperaturempfindlicher Schalter ist bei niedrigen Temperaturen offen und bei höheren Temperaturen geschlossen und ist umgeben durch die gestrichelte Linie 82. Der Schalter 82 enthält einen die Spannung regelnden Schaltteil 84 und einen die Batterie anschliessenden Schaltteil 86. Die Teile 84 und 86 sind durch eine Leitung 88 an die Leitung 58 angeschlossen und hierdurch an den negativen Pol der Batterie 60. Der Teil 84 bewegt sich in und ausser Berührung mit dem Kontakt 90, der über eine Leitung 92 und über einen Widerstand 94 mit der einen Seite einer Relaisspule 95 des die Spannung regelnden Relais 64 verbunden let. Die andere Seite der Spule 95 ist mit der Leitung 76 verbunden. 1098 30/0310

Der die Batterie anschliessende Schaltteil 86 bewegt sich in und ausser Berührung mit dem Kontakt 96, der über eine Leitung 98 und einen Widerstand 100 mit der einen Seite einer Relaisspule 97 des die Batterie anschliessenden Relais 66 verbunden ist. Die andere Seite der Relais spule 97 ist über einen Zündschalter 102 an die Leitung 80 angeschlossen und daher an den positiven Pol der Batterie 60. Die Spule 95 übt eine magnetische Kraft auf den Arm 74 aus und "die Spule 97 üb/t eine magnetische Kraft auf den Arm des die Batterie anschliessenden Schalters aus, wenn in den beiden Spulen ein elektrischer Strom fliesst.

Ein Schalter 10¹I sitzt zwischen der Leitung 92 und der Masse und ein gleicher Schalter 106 sitzt zwischen der Leitung 98 und der Masse. Der Motor des Ventilators 22 ist über einen Schalter 108 an den positiven Pol der Batterie 60 angeschlossen und die gestrichelte Linie 110 stellt eine mechanische Kupplung zwischen den Schaltern 104, 106 und 108 dar.

Die Temperaturregelung 28 besteht aus einem Hebel 112, der in einem Klemmring 11*1 von einer Stellung kalt an dem einen Ende über eine Stellung warm in dfe Stellung maximal bewegt werden kann. Der Hebel 112 regelt ein (nicht dargestelltes) übliches Ventil, welches das Kühlmittel der Maschine in der üblichen Weise durch den Heizkörper 16 fHessen lässt. Zusätzlich ist der 'Hebel 112 mechanisch an die Verbindung 52 für die Kupplung der Schalter 46, 48 und 50 und an die Verbindung 110 zur Kupplung der Schalter 104, 106 und 108 angelenkt. Wenn der Hebel 112 in die Stellung maximal bewegt \fird, so werden die Schalter 46,' 48 und 50 geschlossen, die Schalter 104 und 106 geöffnet und der Schalter 108 geschlossen. Es sind dies die Stellungen nach Fig.2,

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Bei allen anderen Stellungen des Hebels 112 sind die Schalter 46, 48, 50 und 108 geöffnet und dfe Schalter 104 und 106 geschlossen.

Die Piß. 3 entspricht im wesentlichen der Pig. 2, mit der Ausnahme, dass zwischen die Leitungen 58 und 92 ein Thermistor Il6 eingeschaltet ist. Er liegt hier parallel zu dem die Spannung regelnden Schaltteil 84. Der Widerstand des Thermistors l6 fällt, wenn seine Temperatur ansteigt. Der Schalter 82 kann entweder in der Dose 118 zwischen den Heizkörpern 16 und 24 (Pig.l) angeordnet sein, oder in der Dose 120, die hinter dem Heizkörper 24 liegt. Wach Pig. 1 ist der Thermistor in der Dose 118 angeordnet.

Nach Fig. 4 ist der temperaturempfindliche Schalter 82 durch einen Schalter 82^f ersetzt, der nur einen einzigen Schaltteil 84 aufweist. Eine Diode 122 ist mit der Anode mit der Leitung 98 und mit der Kathode mit der Leitung 92 verbunden.

Der Betrieb vollzieht sich in folgender Weise:

Berührt der Arm 74 den Kontakt 68, so arbeitet die Uechselstrommaschine 32 ohne Regelung und erzeugt eine hohe Ausgangsleistung. Dieses ist die Normalstellung des Armes 74. Die Regelung tritt auf, sobald ein Strom in der Spule 95 fliesst, der eine magnetische Kraft auf den Arm 74 ausübt, welcher zwischen dem Kontakt 68 und der Offenlage schwingt. Dadurch wird der mittlere Strom durch das Feld der Viechseistrommaschine verringert, wodurch die Ausgangsspannung reduziert wird. Eine Steigerung des Stromes in der Spule 95 bewirtet, dass der Arm 74 zwischen der Offenstellung

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und dem Kontakt 72 schwingt, vrodureh weiterhin der mittlere Strom in dein Felde der Wechselstrommaschine reduztrt wird, der seinerseits weiterhin die Ausgangsspannung der Wechselstrommaschine vermindert. Der Schalter 78 ist normalerweise offen und vjird durch das magnetische Feld infolge eines Stromes in der Spule 97 geschlossen.

Wird eine schnelle Erwärmung gewünscht, so wird der Hebel 112 in die Stellung maximal gebracht, wodurch die Schalter 46,48, 50 und 108 gescllossen und die Schalter 104 und 106 geöffnet werden. Nimmt man an, dass die Temperatur des Schalters 82 ausreichend niedrig ist, so befinden sich die Schaltteile 84 und nicht in Berührung mit den Kontakten 90 und 96. Es fliesst kein Strom in den Spulen 95 und 97, sodass der Arm 74 mit dem Kontakt 68 in Berührung bleibt und die Wechselstrommaschine 32 ungeregelt arbeitet. Der Schalter 78 bleibt offen und verhindert, dass die unregulierte Ausgangsspannung der Wechselstrommaschine 32 die Batterie 60 oder das elektrische Zubehör beschädigt.

Die ganze ungeregelte Ausgangsspannung der Wechselstrommaschine 32 gelangt alsdann an den elektrischen Heizkäper 44 und der Ventilator 22 überträgt die Wärme von dem Heizkörper 44 in den Fahrgastraum 18.

Erreicht das Kühlsystem der Maschine eine Temperatur, bei welcher es ausreichend Wärme über den Heizkörper 16 liefert, um die Anforderungen der Fahrgäste im Fahrgastraum zu erfüllen, so bewegen sich die Teile 84 und 86 des temperaturempfindlichen Schalters 82 in Anlage an die Kontakte 90 und 96. Es fliesst alsdann ein Strom in der Spule 95 und das hierdurch erzeugte

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magnetische Feld wirkt auf den Arm 7^ und schaltet die Wechselst rommas chine 32 in einen geregelten Betriebszustand, abhängig von der Spannung in der Leitung 56. Ausserdem fliesst alsdann ein Strom durch die Spule 97 und deren magnetisches Feld schliesst den Schalter 78, sodass die geregelte Ausgangsspannung der Wechselstrommas chine 32 an die Batterie 60 gelangt, die hierdurch wieder aufgeladen vrird.

Wenn nach Fig. 3" die Temperatur des Thermistors II6 steigt, so fällt dessen Widerstand und ermöglicht, dass in der Spule 95 ein stetig steigender Strom fliesst. Hierdurhh wird ein v/eicher Übergang vom nichtgeregelten in den geregelten Zustand der Wechselstrommaschine 32 ermöglicht. Die Diode 122 nach Fig. H ermöglicht die Benutzung eines temperaturempfindlichen Schalters 82' mit einem einzigen Schaltteil 84, wodurch der Schaltteil 86 und der Schalter IO6 überflüssig werden. Die Konstruktion nach Fig. 4 kann in einem Stromkreis sowohl nach Fig. 2, als auch nach Fig. 3 verwendet v/erden.

Die Erfindung schafft daher einen Regelkreis für ein elektrisches Heizsystem, welches leicht bei einem vorhandenen Heizsystem mit Maschinenkühlmittel verwendet werden kann, wobei der Materialaufwand und die Installationskosten minimal sind. Das Heizsystem nach der Erfindung kann indessen auch bei der Erstausrüstung eines Fahrzeuges eingebaut werden. Es wird ein üblicher Heizmotor-Regelschalter parallel zu dem Schalter 108 angeschlossen, der bei kühler oder warmer Einstellung des Temperaturreglerhebels 112 eine oder mehrere Drehzahlen des Ilotors 22 des Ventilators zulässt. Es kann ein Widerstand parallel zu dem Schalter 78 angeschlossen werden, um eine gewisse Ladung der

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- li -

!Batterie 60 bei offenem Schalter 78 zuzulassen.

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Claims

Ansprüche

1. Regelung für eine Heizung für ein Kraftfahrzeug mit Lichtmaschine, aufladbarer Batterie, einem Regler mit die Spannung der Lichtmaschine regelndem Relais und einem elektrischen Heizkörper, dadurch gekennzeichnet, dass das die Spannung der Lichtmaabtne regelnde Relais (951 in Reihe mit einem auf die Temperatur der Heizung ansprechenden Schalter (81) geschaltet ist und da*s der auf die Temperatur Ansprechend« Schalter (84) durch einen Bandschalter (10*0 ausser Wirkung auf das Relais (95) gesetzt werden kann.

2. Regelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Handschalter (10*0 parallel zu dem temperaturempfindlichen Schalter (84) geschaltet ist,

3. Regelung nach Anspruch 1 und 2, bei der der Regler ein Verbindungsrelais aufweist, welches den Ausgang der Lichtmaschine mit der Batterie verbinden kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Spannung regulierender Schaltteil (7¹O mit dem die Spannung regulierenden Relais (95) In Reihe liegt und dass mit dem Verbindungsrelais (97) ein Verbindungsschalter (102) In Reihe liegt.

k. Regelung nach Anspruch 1 bfe 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Thermistor parallel zu dem die Spannung regelnden Schalter geschaltet ist. 10 9 8 3 0/0310

ORIGfNAL IMSPECTH)

5. Regelung für die Heizung eines Kraftfahrzeuges, bei dem ein durch das Kühlmittel der Kraftfahrzeugmaschine beheizter Heizkörper vorhanden ist, der vor dem elektrischen Heizelement angeordnet ist, nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Thermistor (116) zwischen dem durch das Kühlmittel der Maschine beheizten Heizkörper (16) und dem elektrischen Heizkörper (2*1) (Fig.l) angeordnet ist.

6» Regelung nach Anspruch 1 bis 5» bestehend aus einer Von Hand in eine maximale-Heizstellung stellbaren Temperaturregelung, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturregelung (28) den Handschalter (10*», 106) zum Einschalten des auf die Temperatur ansprechenden Schalters in die das die Spannung regulierende Relais steuernde Stellung einschaltet, wenn die Regelung auf maximaler Heizstellung steht.

7. Regelung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der temperaturempfindliche Schalter (8*1,86) hinter dem elektrischen Heizkörper (24) angeordnet ist.

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