DE10026580A1

DE10026580A1 - Kurzschlußgeschützte Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE10026580A1
Application number: DE2000126580
Authority: DE
Inventors: Lina Liv
Original assignee: WET Automotive Systems AG
Current assignee: WET Automotive Systems AG
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen mit mindestens einer Heizschicht (2), welche im Betrieb in einem beheizbaren Bereich (15) zumindest teilweise von elektrischem Strom durchströmbar ist, und welche über mindestens zwei Elektroden (8, 8', 4, 6, 10) an eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, um mindestens eine der Elektroden als Versorgungselektrode (8, 8') an ein elektrisches Versorgungspotential anzuschließen. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Versorgungselektrode (8, 8') von den Rändern des beheizbaren Bereiches (15, 15') beabstandet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Heizen mit mindestens einer Heizschicht, welche im Betrieb in einem beheizbaren Bereich zumindest teilweise von elektrischem Strom durchströmbar ist, und welche über mindestens zwei Elektroden an eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, um mindestens eine der Elektroden als Versorgungselektrode an ein elektrisches Versorgungspotential anzuschließen.

Stand der Technik

Es sind Heizvorrichtungen insbesondere für Fahrzeugsitze bekannt, welche mit Gleichspannung betrieben werden. Sie weisen üblicherweise eine flächige, elektrisch leitfähige Heizschicht auf. Diese ist an zwei sich gegenüberliegenden Kanten mit jeweils einer Elektrode versehen. Diese sind über ihre gesamte Länge mit der Heizschicht elektrisch leitfähig verbunden. Die beiden Elektroden werden zur Versorgung der Heizschicht mit Strom an zwei Pole einer Gleichspannungsquelle angeschlossen.

Um eine gleichmäßige Erwärmung des beheizbaren Bereiches, z. B. der Sitzfläche, zu erzielen, überdeckt die Heizschicht die gesamte Sitzfläche und wird gleichmäßig von Strom durchflossen. Dazu sind die Elektroden möglichst randnah angeordnet. Um einen Übergang des Stroms von den Elektroden auf die Heizschicht über die gesamte Länge der Elektroden zu bewirken, ist es erforderlich, daß die Elektroden blank sind.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß an den Rändern des Heizelementes besondere Sicherheitsvorkehrungen gegen Kurzschlüsse erforderlich sind. Leitfähige Bauelemente, wie z. B. Abspanndrähte, müssen erhöhte Abstände einhalten.

Gegenstand der Erfindung

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Versorgungselektrode von den Rändern des beheizbaren Bereiches beabstandet ist. Dadurch werden Kurzschlüsse aufgrund von Wechselwirkungen mit leitfähigen Objekten in der Umgebung verhindert.

Es kann zweckmäßig sein, daß mindestens eine der Elektroden als Erdungselektrode im wesentlichen potentialfrei ist und zumindest randnah bezüglich der Außenkontur des beheizbaren Bereiches angeordnet ist. Im hier benutzen Sinne bedeutet potentialfrei, daß das anliegende Potential unter einem für Kurzschlüsse kritischen Wert, vorzugsweise nahe Null, liegt. Dies gestattet eine elektrische Nutzung der Gesamtfläche der Heizschicht ohne Kurzschlußrisiko.

Es kann zweckmäßig sein, daß der beheizbare Bereich durch mindestens zwei Widerstandselemente beheizbar ist, und daß die potentialführenden Versorgungselektroden der Widerstandselemente beabstandet zu den Rändern des durch die Widerstandselemente gemeinsam gebildeten beheizbaren Bereiches angeordnet sind. Dies gestattet den Aufbau auch komplexer geformter Geometrien unter Benutzung einfacher Einzelelemente.

Es kann zweckmäßig sein, daß der beheizbare Bereich mindestens eine Zwischenzone aufweist, welche auch im Betrieb nicht von Strom durchflossen wird. Dies ermöglicht eine lokale Anpassung der Temperatur des beheizbaren Bereiches.

Es kann zweckmäßig sein, daß die Heizschicht aus einem flächigem, elektrisch leitfähigen Material mit folienartiger oder textiler Struktur gebildet ist. Im hier benutzen Sinn bedeutet textile Struktur, daß das Material aus Fasern oder Fäden aus beliebigen - insbesondere metallischen und/oder carbonhaltigen - Materialien aufgebaut ist. Dies vereinfacht eine dreidimensionale Anpassung der Heizvorrichtung.

Es kann zweckmäßig sein, daß die Elektroden durch Streifen elektrisch leitfähigen Materials gebildet sind, welche leitfähig zumindest über einen Teil ihrer Länge mit der Heizschicht verbunden sind. Dies erhöht die Flexibilität des Heizelementes.

Es kann zweckmäßig sein, daß die Heizschicht ein Netz aus metallischen Filamenten, Drähten oder leitfähig beschichteten Fäden aufweist. Dies erhöht die Flexibilität des Heizelementes.

Es kann zweckmäßig sein, daß die Erdungselektrode zumindest teilweise entlang der Außenkontur des beheizbaren Bereiches angeordnet ist. Dies maximiert den nutzbaren Bereich der Heizschicht.

Es kann zweckmäßig sein, daß alle Versorgungselektroden von der Außenkontur des beheizbaren Bereiches beabstandet sind. Dies gewährleistet optimale Kurzschlußsicherheit.

Figuren

Die nachfolgende Beschreibung behandelt Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Erfindung. Diese Ausführungen sind nur beispielhaft zu verstehen und erfolgen unter Bezug auf:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung von oben,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung von oben,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung von oben,

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung von oben,

Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung von oben,

Fig. 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Heizeinrichtung von oben.

Beschreibung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Heizvorrichtung mit einer Heizschicht 2. Die Heizschicht 2 hat eine vieleckige, näherungsweise runde Kontur. Sie ist im Ausführungsbeispiel aus einem elektrisch leitfähigem Material mit definiertem elektrischen Flächenwiderstand gebildet. Hierfür kommen beispielsweise elektrisch leitfähige Textilien, z. B. Carbon-Gewirke oder Carbon-Gewebe, Drahtgewirke, oder Kunststoffolie mit eingebetteten, elektrisch leitfähigen Partikeln in Frage. Im Ausführungsbeispiel ist ein Textil mit aufgenähten Carbonfäden vorgesehen.

An der Heizschicht 2 sind zwei Elektroden 4, 6 vorgesehen. Diese sind in etwa halbkreisförmig ausgestaltet. Sie sind einander spiegelbildlich gegenüber angeordnet und bilden näherungsweise einen ovalen, beheizbaren Bereich 15 zwischen sich. Sie sind jeweils über eine Anschlußleitung 20, 21 an einem nicht dargestellten Nullpotential angeschlossen. An der Heizschicht 2 ist eine weitere Elektrode 8 als Versorgungselektrode angebracht. Sie verläuft entlang der Längsachse des ovalen Bereiches 15 und ist zu beiden Elektroden 4, 6 gleich weit entfernt. Die Versorgungselektrode 8 ist über eine Anschlußleitung 22 an einem nicht dargestellten Versorgungspotential angeschlossen. Die Versorgungselektrode 8 bildet mit den Erdungselektroden 4, 6 jeweils ein Widerstandselement 25, 25'.

Im Betrieb wird Strom über die Anschlußleitung 22 in die Versorgungselektrode 8 eingespeist. Von dort fließt der Strom über die Widerstandselemente 25, 25' zu den Erdungselektroden 4, 6. Dabei erwärmt sich der von den beiden Widerstandselementen 25, 25' gebildete Bereich 15. Von den Erdungselektroden 4, 6 fließt der Strom dann über die Anschlußleitungen 20, 21 in das Erdungspotential ab.

Fig. 2 zeigt eine Heizvorrichtung 1, deren Heizschicht 2 eine rechteckige Außenkontur aufweist. Auf der Heizschicht 2 sind zwei Erdungselektroden 4, 6 angebracht. Die Erdungselektroden 4, 6 verlaufen geradlinig und parallel zueinander. Sie verlaufen parallel der kurzen Mittelachse der rechteckigen Heizschicht 2. Die Erdungselektroden 4, 6 sind weit gegeneinander beabstandet und elektrisch leitfähig miteinander verbunden. Sie sind über eine Anschlußleitung 21 mit einem nicht dargestellten Erdungspotential verbunden.

Auf der Heizschicht 2 sind zwei Versorgungselektroden 8, 8' vorgesehen. Sie verlaufen geradlinig, nahe beieinander und parallel zueinander. Sie verlaufen parallel zu den Erdungselektroden 4, 6 und sind etwa mittig zwischen diesen beiden angeordnet. Die Elektroden 4, 8' bilden ein Widerstandselement 25. Die Elektroden 6 und 8 bilden ein Widerstandselement 25'. Zwischen den Versorgungselektroden 8, 8' ist eine Zwischenzone 27 gebildet.

Die Elektroden 8, 8' sind über Anschlußleitungen 20, 22 an ein nicht dargestelltes Versorgungspotential angeschlossen.

Im Betrieb wird Strom über die Anschlußleitungen 20, 22 in die Versorgungselektroden 8, 8' eingespeist. Von dort fließt der Strom durch die Widerstandselemente 25, 25' zu den Erdungselektroden 4, 6. Von dort fließt er über die Anschlußleitung 21 in das Erdungspotential ab.

Die Widerstandselemente 25, 25' erwärmen sich und beheizen dadurch den beheizbaren Bereich 15. Wegen der Gleichnamigkeit der Potentiale fließt in der Zwischenzone 27 zwischen den Versorgungselektroden 8, 8' kein Strom. Die Zwischenzone 27 ist deshalb nicht direkt beheizbar.

Fig. 3 zeigt eine Heizvorrichtung 1, welche im wesentlichen der Ausführungsform von Fig. 1 entspricht. Allerdings ist die Versorgungselektrode U-förmig ausgebildet und besitzt zwei Schenkel 8, 8'. Diese umschließen eine Zwischenzone 27 weitgehend. Da wegen der gleichnamigen Potential an den Elektrodenschenkeln 8, 8' im Betrieb kein Strom durch die Zwischenzone 27 fließt, bleibt diese unbeheizt.

Fig. 4 zeigt eine Heizvorrichtung 1 mit zwei Versorgungselektroden 8, 8. Diese verlaufen beabstandet und parallel zueinander. Sie sind an jeweils einem ihrer Enden U-förmig miteinander verbunden und über eine Anschlußleitung 22 an ein Versorgungspotential angeschlossen.

Die Heizvorrichtung 1 weist außerdem drei Erdungselektroden 4, 6, 10 auf. Diese verlaufen ebenfalls beabstandet und parallel zueinander. Sie verlaufen außerdem parallel zu den Versorgungselektroden 8, 8'. Die Erdungselektrode 10 verläuft dabei zwischen den Versorgungselektroden 8, 8'. Die beiden anderen Erdungselektroden 4, 6 verlaufen außerhalb des von den Versorgungselektroden 8, 8' gebildeten U's.

Die drei Erdungselektroden 4, 6, 10 sind jeweils an einem ihrer Enden, welches dem Anschlußende der Versorgungselektroden 8, 8' gegenüberliegt, elektrisch leitend miteinander verbunden. Außerdem sind die Erdungselektroden 4, 6 jeweils an ihrem gegenüberliegenden Ende über Versorgungsleitungen 20, 21 mit einem Erdungspotential verbunden.

Die Erdungselektroden 4, 6, 10 und die Versorgungselektroden 8, 8' sind in gleichbleibenden Abständen wechselweise nebeneinander angeordnet. Dadurch wird auf der Heizschicht 2 jeweils zwischen einer Versorgungs- und einer Erdungselektrode jeweils ein Widerstandselement 25, 25', 25", 25''' gebildet. Diese besitzen im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils den gleichen Widerstand und somit die gleiche Heizleistung. Mit der vorliegenden Anordnung lassen sich auch größere Flächen mit niedriger Spannung beheizen.

Fig. 5 zeigt eine Heizvorrichtung 1, auf deren Heizschicht 2 eine erste, rechteckige Erdungselektrode 4 vorgesehen ist. Konzentrisch zu dieser Erdungselektrode 4 ist eine zweite, ebenfalls rechteckige Erdungselektrode 6 vorgesehen. Ihre Abmessungen sind wesentlich kleiner. Sie umschließt eine Zwischenzone 27.

Zwischen der ersten und der zweiten Versorgungselektrode 4, 6 ist eine rechteckige Versorgungselektrode 8 angeordnet. Die Seiten des Rechtecks verlaufen parallel zu denen der beiden Erdungselektroden 4, 6. Im Ausführungsbeispiel ist der Abstand der Versorgungselektrode 8 zu den Erdungselektroden 4, 6 jeweils gleich groß. Die Erdungselektroden 4, 6 sind jeweils über Anschlußleitungen 20, 21 an ein Erdungspotential angeschlossen. Die Versorgungselektrode 8 ist über eine Anschlußleitung 22 an ein Versorgungspotential angeschlossen. Dadurch bildet die Versorgungselektrode 8 mit den Erdungselektroden 4, 6 jeweils zwei rechteckige Widerstandselemente 25, 25'.

Im Heizbetrieb wird der von der äußeren Erdungselektrode 4 umschlossene Bereich 15 beheizt. Dies resultiert aus einem Stromfluß durch die von den Elektroden gebildeten rechteckigen Widerstandselemente 25, 25', der im wesentlichen senkrecht zu den Elektroden 4, 6, 8 gerichtet ist. Der Strom kann jedoch von der Versorgungselektrode 8 nur bis zur Erdungselektrode 6 in Richtung auf das Zentrum des beheizbaren Bereiches 15 fließen. Die von der Erdungselektrode 6 umschlossene Zwischenzone 27 wird nicht durchströmt und bleibt deshalb unbeheizt.

Die Ausführungsform von Fig. 6 entspricht im wesentlichen der Ausführung von Fig. 5. Allerdings besitzt die Erdungselektrode 6 keine eigene Anschlußleitung. Sie ist über eine Überbrückungsleitung 23 mit der äußeren Erdungselektrode 4 verbunden.

Um einen optimalen Stromfluß in alle Richtungen in der Heizschicht zu bewirken, sollten sich bei textilen Trägermaterialien Fasern oder Fäden kreuzen, überlappen oder vernetzt miteinander angeordnet sein.

Die Heizschicht 2 kann über ihre gesamte Fläche aus einem elektrisch leitfähigen Widerstandsmaterial aufgebaut sein. Zur Materialeinsparung kann auch ein elektrisch nicht leitfähiges Trägertextil benutzt werden und die Aufbringung leitfähigen Materials auf die beheizbaren Bereiche 25 beschränkt sein. Auch kann die Leitfähigkeit in alle Richtungen homogen sein oder bevorzugt in bestimmte Richtungen gerichtet sein.

Die Heizschicht kann auch aus mehreren Schichten oder Teilflächen zusammengesetzt sein. Diese können auch überlappend angeordnet sein, um im Übergangsbereich Zonen mit abweichender Heizleistung zu erhalten.

Die Heizschicht ist im beheizbaren Bereich vorzugsweise vollflächig durchströmbar. Es kann jedoch auch eine Durchströmung von Teilbereichen des beheizbaren Bereiches vorgesehen sein.

Claims

1. Vorrichtung zum Heizen mit mindestens einer Heizschicht (2), welche im Betrieb in einem beheizbaren Bereich (15) zumindest teilweise von elektrischem Strom durchströmbar ist, und welche über mindestens zwei Elektroden (8, 8', 4, 6, 10) an eine Gleichspannungsquelle anschließbar ist, um mindestens eine der Elektroden als Versorgungselektrode (8, 8') an ein elektrisches Versorgungspotential anzuschließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungselektrode (8, 8') von den Rändern des beheizbaren Bereiches (15, 15') beabstandet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden (4, 6, 8, 8', 10) als Erdungselektrode (4, 6, 10) im wesentlichen potentialfrei ist und zumindest randnah bezüglich der Außenkontur des beheizbaren Bereiches (15) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beheizbare Bereich (15) durch mindestens zwei Widerstandselemente (25, 25') beheizbar ist, und daß die potentialführenden Versorgungselektroden (8, 8') der Widerstandselemente (25, 25') beabstandet zu den Rändern des durch die Widerstandselemente (25, 25') gemeinsam gebildeten beheizbaren Bereiches (15) angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beheizbare Bereich (15) mindestens eine Zwischenzone (27) aufweist, welche auch im Betrieb nicht von Strom durchflossen wird.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschicht (2')aus einem flächigem, elektrisch leitfähigen Material mit folienartiger oder textiler Struktur gebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4, 6, 8, 8', 10) durch Streifen elektrisch leitfähigen Materials gebildet sind, welche leitfähig zumindest über einen Teil ihrer Länge mit der Heizschicht (2) verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschicht (2) ein Netz aus metallischen Filamenten, Drähten oder leitfähig beschichteten Fäden aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdungselektrode (4, 6, 10) zumindest teilweise entlang der Außenkontur des beheizbaren Bereiches (15) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Versorgungselektroden (8, 8') von der Außenkontur des beheizbaren Bereiches (15) beabstandet sind.