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Die Erfindung betrifft eine Heizeinrichtung für wenigstens eine außen an einem Kraftfahrzeug angeordnete Komponente des Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Heizeinrichtung.
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Heizeinrichtungen in Kraftfahrzeugen sind im Stand der Technik bereits grundsätzlich bekannt. Beispielsweise dienen sie zum Vorheizen von Betriebselementen, zum Beheizen des Innenraums und/oder bestimmter Komponenten des Innenraums und dergleichen. Problematisch wird die Anordnung und häufig auch die Realisierung von Heizeinrichtungen dann, wenn es um außen am Kraftfahrzeug vorgesehene Komponenten geht, insbesondere solche, die kaum entsprechenden Bauraum zur Verfügung stellen.
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Bekannt sind beispielsweise Heizungen für Außenspiegel, die als Widerstandsheizungen ausgebildet sind. Will man derartige Widerstandsheizungen auch in anderen Bereichen außen am Kraftfahrzeug einsetzen, so treten deren Nachteile besonders deutlich hervor. Nicht nur sind hohe Spannungen zum Betrieb einer Widerstandsheizeinrichtung nötig, meist ist auch ein ungleichmäßiges Heizen mit sogenannten „Hotspots” entlang des meist als Heizstab oder dergleichen ausgebildeten Heizelements die Folge. Neben den hohen Verbräuchen sind auch die Geometrien äußerst unflexibel, so dass die geringen vorhandenen Bauräume meist nicht ausreichend sind, um eine Heizeinrichtung tatsächlich zu applizieren. Auch bei der Steuerung, Regelung und beim Anschluss von Widerstandsheizungen ist ein hoher Aufwand zu treiben.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte, auch im Außenbereich eines Kraftfahrzeugs unter vertretbarem Aufwand einsetzbare Heizeinrichtung zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Heizeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Heizeinrichtung wenigstens ein Kohlenstoffnanoröhren umfassendes Heizelement aufweist.
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Es wird mithin vorgeschlagen, ein auf Kohlenstoffnanoröhren basierendes Heizelement einzusetzen. Kohlenstoffnanoröhren sind seit den 90er Jahren bekannt und stellen eine bestimmte Kohlenstoffstruktur dar, die in Form von Röhren vorliegt, welche insbesondere aus geschlossenen, zylindrisch geformten Graphitebenen bestehen kann, wobei jedoch auch offene Kohlenstoffnanoröhren (Englisch: carbon nano tubes, CNT) bekannt sind. Kohlenstoffnanoröhren können verwendet werden, um Heizelemente zu erzeugen, insbesondere flächige Heizelemente, wenn leitfähige Materialzusammensetzungen mit Kohlenstoffnanoröhren verwendet werden. Solche flächige Heizelemente mit Kohlenstoffnanoröhren haben eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Widerstandsheizungen, beispielsweise, dass die flächigen Heizelemente sich beliebig geformten Oberflächengeometrien anpassen können und höchste elektrische Sicherheit durch den Betrieb der Heizelemente bei ungefährlicher Niederspannung gegeben ist, was gerade im Außenbereich des Kraftfahrzeugs bei berührbaren Flächen wichtig ist. Auch sind Niederspannungsquellen, insbesondere die Autobatterie, direkt nutzbar, da sich derartige Heizelemente auch mit 12 V oder 24 V Spannung betreiben lassen. Ferner gestaltet sich der elektrische Anschluss äußerst einfach, nachdem letztlich lediglich einfache Elektrodenanschlüsse an dem Heizelement erforderlich sind. Auch die Kontrolle und Steuerung erweist sich konsequenterweise sehr einfach. Trotz der niedrigen Versorgungsspannung ergibt sich eine hohe Heizleistung und insbesondere bei flächigen Heizelementen eine vollkommen gleichmäßige Erwärmung auch größerer Flächen ohne sogenannte „Hotspots”. Ein weiterer Vorteil der Heizeinrichtungen mit Kohlenstoffnanoröhren-Heizelementen ist, dass sie äußerst kostengünstig realisierbar sind im Vergleich zu konventionellen Heizeinrichtungen.
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Ein besonders hervorzuhebender Vorteil von Kohlenstoffnanoröhren umfassenden Materialien als Heizelementen ist, dass sie mechanisch sehr robust geschaffen werden können. Je nach verwendeten weiteren Materialien, insbesondere Materixmaterialien bzw. Bindermatrizen, lässt sich eine hohe Härte und eine ausgezeichnete Wasser- sowie Alkalibeständigkeit erzeugen, so dass sich die Anwendung außen am Kraftfahrzeug als äußerst vorteilhaft erweist.
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Dabei kann in Zweckmäßiger Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass das Heizelement eine Kohlenstoffnanoröhren und ein Matrixmaterial umfassende Schicht ist. Es sind bereits Materialien im Stand der Technik bekannt, die einfach als Beschichtung auf der Oberfläche der zu beheizenden Komponente aufgetragen werden können. Dabei ist bereits eine äußerst geringe Schichtdicke ausreichend, nachdem eine sehr gleichmäßige und hohe Heizleistung bei niedrigen Spannungen möglich ist.
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Mithin eignet sich eine Heizeinrichtung der erfindungsgemäßen Art auch besonders als Abtauheizung, so dass sie als eine Abtauheizung ausgebildet sein kann. Insbesondere dann, wenn es um größere abzutauende Flächen geht, lassen sich erfindungsgemäße Heizeinrichtungen aufgrund der genannten Vorteile zweckmäßig einsetzen.
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So kann in vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung zur Beheizung eines Nummernschildes und/oder eines Radhauses und/oder eines Kühlergrills und/oder eines Reifens und/oder eines Scheibenwischers ausgebildet sein kann. Selbstverständlich sind darüber hinaus auch andere Anwendungsbereiche denkbar. Das Heizelement kann dabei mit besonderem Vorteil als flächiges, unmittelbar an der Komponente angeordnetes und/oder in die Komponente integriertes Heizelement ausgebildet sein. Beispielsweise ist es also möglich, eine Beschichtung auch auf grundsätzlich eher unförmige Flächen wie einen Kühlergrill aufzubringen, welche dann einfach mit Niederspannung bestromt werden kann, um die Heizwirkung zu erreichen.
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Auch bei einem Nummernschild kann die Heizeinrichtung eine auf dem Nummernschild vorgesehene Beschichtung umfassen, die beispielsweise über kleine, randseitig angeordnete Elektroden bestromt werden kann, um die gewünschte Heizwirkung zu erzielen. Gerade im Hinblick auf Mautgebühren, bei denen es bekannt ist, wenigstens teilweise das Nummernschild eines Kraftfahrzeugs auszulesen, um eine Bezahlung der Maut zu verifizieren, ist es vorteilhaft, wenn ein Nummernschild durch entsprechende Bestromung eines Kohlenstoffnanoröhren umfassenden Heizelements, welches vorteilhafterweise als Beschichtung ausgebildet ist, beheizt werden kann.
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Auch ein Radhaus und/oder ein Kühlergrill können erfindungsgemäß besonders vorteilhaft von insbesondere diese blockierenden Vereisungen oder Schnee im Winter befreit werden.
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Vorteilhaft lässt sich die erfindungsgemäße Heizeinrichtung auch zur Beheizung eines Reifens einsetzen, insbesondere im Bereich des Motorsports. Dort kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zum Betrieb des Heizelements benötigte elektrische Energie durch eine Batterie und/oder eine Schleifkopplung übertragen wird. Auf diese Weise können Reifen, insbesondere im Motorsport, gezielt auf ideale Temperaturen für eine maximale Fahrperformance gebracht werden.
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Besonders vorteilhaft erweist sich ein Einsatz der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung auch an einem Scheibenwischer, wo der Bauraum für Heizeinrichtungen ohnehin häufig äußerst beschränkt ist und Heizeinrichtungen deswegen bislang nicht in Betracht gezogen wurden. Nichtsdestotrotz ist eine derartige Beheizung eines Scheibenwischers insbesondere dann sehr vorteilhaft, wenn eine stark isolierte Frontscheibe vorliegt. Gerade in Elektrokraftfahrzeugen sind derartige hochgedämmte Scheiben häufig vorgesehen, so dass Wärme aus dem Innenraum nicht mehr die Scheibe durchdringt und somit auch ein Abtauen von Scheibenwischern ermöglichen würde. Hier kann das erfindungsgemäße Heizelement insbesondere genutzt werden, um beispielsweise durch eine Stoßheizung oder dergleichen Scheibenwischer schnell von Eis und Schnee zu befreien und in einen einsatzbereiten Zustand zu verbringen.
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Mit besonderem Vorteil ist dabei das Heizelement an oder integriert in den Wischgummi des Scheibenwischers vorgesehen, insbesondere durch Zumischen von Kohlenstoffnanoröhren in den Wischgummi oder Beschichtung des Wischgummis. Mit besonderem Vorteil erlaubt es die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren bei einem Scheibenwischer also, das eigentlich wischende Teil, den Wischgummi, unmittelbar zu beheizen, um so ein äußerst effektives Abtauen zu ermöglichen. Hierzu kann für das Material des Wischgummis ein Material gewählt werden, dem die Kohlenstoffnanoröhren beigemischt sind und das mithin dafür sorgt, dass der Wischgummi letztlich selbst das Heizelement bildet. Auch Beschichtungen sind hierbei denkbar. Beispielsweise kann ein Wischgummi auf den der Wischkante abgewandten Seiten mit einer Kohlenstoffnanoröhren enthaltenden Beschichtung versehen werden. Die Zuleitung des elektrischen Stroms kann über den Halter des Scheibenwischers erfolgen.
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Neben der Heizeinrichtung betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Heizeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche und die zu beheizende Komponente. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin auch die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug also wenigstens ein Nummerschild, wenigstens ein Radhaus, einen Kühlergrill, wenigstens einen Reifen und/oder wenigstens einen Scheibenwischer aufweisen, die über eine erfindungsgemäße Heizeinrichtung beheizt werden können, insbesondere, indem sie mit einer Kohlenstoffnanoröhren enthaltenden Beschichtung versehen sind oder die Kohlenstoffnanoröhren gar selbst vollständig in die Komponente integriert sind. Zur Steuerung der Bestromung der Heizeinrichtung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug ein der Heizeinrichtung zugeordnetes Steuergerät aufweist. Über entsprechende Zuleitungen, die an entsprechenden Elektroden am Heizelement enden, kann dann eine Niedrigspannung, beispielsweise die Bordnetzspannung, insbesondere 12 V, an das Heizelement angelegt werden, so dass dieses betrieben werden kann.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2 ein Heizelement an einem Scheibenwischer, und
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3 ein Heizelement an einem Nummernschild.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Bereichs eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 1 weist wenigstens eine Komponente 2 auf, die außen an dem Kraftfahrzeug 1 angeordnet ist, beispielsweise einen Reifen, ein Radhaus, einen Kühlergrill, ein Nummernschild und/oder einen Scheibenwischer. Die Komponente 2 soll nun beheizbar ausgestaltet sein, weshalb eine insbesondere als Abtauheizung ausgebildete Heizeinrichtung 3 vorgesehen ist. Die Abtauheizung 3 umfasst ein Heizelement 4, welches darin vorgesehene, in 1 nur angedeutete Kohlenstoffnanoröhren 5 aufweist. Das Heizelement 4 kann eine zusätzlich zu den Kohlenstoffnanoröhren ein Matrixmaterial 6 aufweisende Schicht sein, beispielsweise eine auf der Komponente 2 aufgebrachte Beschichtung.
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An das Heizelement 4 sind Elektroden 7 angekoppelt, über welche mittels entsprechender Zuleitungen 8 ein Strom durch das Heizelement 4 geleitet werden kann, wobei vorliegend die Niederspannung, insbesondere 12 V, eines angedeuteten Bordnetzes 9 verwendet wird, um eine gleichmäßige Heizwirkung des flächigen Heizelements 4 zu erzielen.
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Die Heizeinrichtung 3 kann über ein Schaltmittel 10 aktiviert werden, welches durch ein Steuergerät 11 angesteuert wird. Das Steuergerät 11 kann dafür Daten eines Bedienelements 12, beispielsweise eines am Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs 1 angeordneten Schalters, auswerten, so dass eine manuelle Aktivierung der Heizeinrichtung 3 denkbar ist. Möglich ist es jedoch auch, den Betrieb der Heizeinrichtung 3 automatisch zu steuern, wofür beispielsweise Daten eines optional an der Komponente 2 vorgesehenen Sensors 13, insbesondere eines Temperatursensors, ausgewertet werden können. Beispielsweise kann über den Sensor 13 überprüft werden, ob die Komponente 2 vereist ist oder dergleichen. Hierbei sind im Übrigen auch optische Sensoren als Sensoren 13 denkbar, die überprüfen, ob sich eine Schnee- oder Eisschicht auf der Komponente 2 befindet. Muss die Komponente 2 abgetaut werden, kann in einem solchen Ausführungsbeispiel dann die Heizeinrichtung 3 über das Steuergerät 11 aktiviert werden.
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2 zeigt nun ein erstes konkretes Ausführungsbeispiel, in dem als Komponente ein Scheibenwischer 14 in einer Prinzipskizze dargestellt ist. Der Scheibenwischer 14 weist wie grundsätzlich bekannt einen Wischgummi 15 auf, der hier gleichzeitig als Heizelement 4 dient, denn die Kohlenstoffnanoröhren 5 sind dem Wischgummi zugemischt. Der Wischgummi 5 wird wie bekannt von einer Haltekonstruktion 16, die an einen Träger 17 angekoppelt ist, gehalten. Die hier nicht näher gezeigte Stromzuführung zum Betrieb des Heizelements 4 wird über den Träger 17 und das Haltegerüst 16 an die an dem Wischgummi 15 angeordneten Elektroden 7 geführt.
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3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel in einer Prinzipskizze als Komponente 2 ein Nummernschild 18, auf das als Heizelement 4 hier eine Beschichtung aufgebracht ist.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass als Material für das Heizelement 4 bevorzugt ein robustes und wetterbeständiges Material verwendet wird. Gerade bezüglich mit Kohlenstoffnanoröhren 5 versehenen Heizelementen 4 besteht bekanntermaßen ein großer Spielraum für ideale Materialeigenschaften, so dass sowohl sehr elastische Materialien wie für den Wischgummi 15 als auch äußerst harte Materialien, wie beispielsweise für eine gleichzeitig als Schutzbeschichtung dienende Beschichtung eines Nummernschildes 18, realisiert werden können.
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Analog zu dem Nummernschild 18 kann im Übrigen auch bei einem nicht näher dargestellten Radhaus und einen nicht näher dargestellten Kühlergrill das Heizelement 4 als eine Beschichtung vorgesehen werden.