DE10112405B4

DE10112405B4 - Flächenheizelement

Info

Publication number: DE10112405B4
Application number: DE10112405A
Authority: DE
Inventors: Jochen Michelmann
Original assignee: IG Bauerhin GmbH
Current assignee: IG Bauerhin GmbH
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: DE10112405A1

Abstract

Elektrisches Flächenheizelement, inbesondere für Sitzheizungen im KFZ-Bereich, mit einem textilen Grundmaterial (1) und damit verbundenen elektrisch leitenden und sich berührenden Kontakt- (2) und Heizleitern (4), wobei die Heizleiter (4) zwischen beabstandeten Kontaktleitern angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Heizleiter (4) innerhalb der durch die Kontaktleiter (2) begrenzten Heizfelder in Richtung der Maschenstäbchen (13) und orthogonal zu den Maschenstäbchen (13) wirkend gelegt sind, daß
b) die verlegten Heizleiter (4) zwischen den Kontaktleitern (2) mindestens zwei hintereinanderliegende Zonen (15, 16) unterschiedlicher Flächenheizleistung bilden, die mindestens ein Hauptheizfeld und mindestens ein Nebenheizfeld ergeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flächenheizelement, insbesondere für Sitzheizungen im Kfz-Bereich, mit einem textilen Grundmaterial und elektrisch leitenden und sich berührenden Kontakt- und Heizleitern. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizelementes, insbesondere eines erfindungsgemäßen Flächenheizelementes, mit elektrisch leitenden und sich berührenden Kontakt- und Heizleitern.

Seit vielen Jahren sind elektrische Flächenheizelemente bekannt, die ein textiles Grundmaterial und elektrisch leitende Kontakt- und Heizleiter aufweisen, wobei in der Regel jeweils zwei aus mehreren elektrisch leitenden Kontaktleitern bestehenden Kontaktstreifen sich gegenüberstehend angeordnet sind und die Heizleiter von einem Kontaktstreifen zum anderen verlaufen (siehe EP 0 541 047 A3 , EP 0 463 516 A2 , EP 0 548 574 B1 und DE 41 24 684 ). Die Heizleistung solcher Flächenheizelemente wird insbesondere durch die Anzahl der Heizleiter, deren Dicke sowie deren Länge bestimmt. Die Länge der Heizleiter hängt zum einen vom Abstand der Kontaktleiter und zum anderen vom Legebild der Heizleiter ab, welches durch die Bewegung der Legeschiene einer Wirkmaschine erzeugt wird. Die Qualität des Heizelementes ist abhängig vom Grad der mechanischen Verbindung der Heizleiter mit den Kontaktleitern, da bei mangelnder Verbindung ein hoher Übergangswiderstand entsteht, welcher zu verstärk ter und unerwünschter Wärmeentwicklung führt (die Wärme soll ja nicht an diesen Kontaktstellen sondern über den einzelnen Heizleiter verteilt abfallen). Die Verlustwärme im Bereich der Kontaktleisten ist häufig zu hoch. Darüberhinaus wird beim Herstellungsprozeß zwischen den hergestellten einzelnen Heizelementen häufig viel Heizleitermaterial verbraucht.

In EP 0 939 579 A1 wird u. a. ein Flächenheizelement offenbart, mit einem textilen Grundmaterial und elektrisch leitenden und untereinander sich berührenden Kontakt- und Heizleitern, bei dem die Heizleiter innerhalb von mittels der Kontaktleiter begrenzenden Heizfeldern derart in Richtung der Maschenstäbchen und orthogonal zu den Maschenstäbchen wirkend gelegt sind, daß mindestens, mindestens als ein Hauptheizfeld und mindestens als ein Nebenheizfeld fungierende zwei Zonen unterschiedlicher Heizleistung vorhanden sind.

In DE 41 01 290 A1 wird insbesondere ein elektrisches Flächenheizelement offenbart, das besteht aus wellenförmig verlegten Kontaktleitern, zwischen denen wellenförmige, parallel zueinander verlegte und geschaltete Heizleiter angeordnet sind, wobei durch die wellenförmige Verlegung beider Heizleiterarten diese sich an mehr als nur einer Stelle berühren, so daß ein sicherer Kontakt gewährleistet ist.

DE 41 24 684 A1 offenbart ein Flächenheizelement, das im wesentlichen besteht aus parallel angeordneten Heizdrähten, die an ihren Enden und/oder Umlenkstellen mit Stromzuführungsleitern elektrisch verbunden sind, wobei jeder Stromzuführungsleiter als flexible Kontaktierungsleiste mit mehreren Einzelleitern ausgebildet ist, die mit den Heizdrähten elektrisch parallel geschaltet sind und das Flächenheizelement in einem elastischen Trägermaterial integriert ist.

In US 2,375,997 ist im wesentlichen ein kontinuierliches Herstellungsverfahren für textile Flächenheizelemente offenbart, bei dem ein einziger Heizleiter mäanderförmig bereichsweise in ein textiles Gewebe eingewebt wird und der Heizleiter zwischen den Bereichen außerhalb des Gewebes auf dem kürzesten Weg geführt wird.

Solche Flächenheizelemente werden mit Hilfe von Wirkverfahren erzeugt, bei denen in nachteiliger Weise keine saubere Reproduzierbarkeit zwischen den zu erzeugenden Mustern und den schon vorher auf das Grundmaterial aufgebrachten Kontaktleitern aufgrund einer gewissen Dehnbarkeit des Grundmaterials möglich ist.

Aus dem vorgenannten ergibt sich das Problem, mit Hilfe von neuartigen Flächenheizelementen und deren Herstellungsverfahren und entsprechenden Vorrichtungen zur wirkenden Herstellung die obengenannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Das sich ergebende Problem besteht insbesondere darin, ein Flächenheizelement bereitzustellen, das ein bezogen auf den jeweiligen Einsatz hinsichtlich der abzugebenden Heizleistung möglichst angepaßtes Legebild aufweist bzw. ein Verfahren bereitzustellen, die die kostengünstige Herstellung eines solchen Flächenheizelementes ermöglicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Flächenheizelement nach Anspruch 1, eine elektrische Sitzheizung nach Anspruch 7, eine Verwendung nach Anspruch 8 und ein Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.

Das erfindungsgemäße Flächenheizelement weist ein textiles Grundmaterial, beispielsweise ein Vlies oder ein textiles Fadenmaterial, auf, welches als Träger fungiert, wobei elektrisch leitende Kontakt- und Heizleiter sich berühren und auf diese Art und Weise auch elektrisch verbunden sind, wobei die Heizleiter zwischen beabstandeten Kontaktleitern angeordnet sind. Die Heiz leiter sind innerhalb der durch die Kontaktleiter begrenzten Heizfelder in Richtung der Maschenstäbchen und orthogonal zu den Maschenstäbchen wirkend gelegt, daß die verlegten Heizleiter zwichen den Kontaktleitern mindestens zwei hintereinander liegende Zonen unterschiedlicher Flächenheizleistung bilden, die mindestens ein Hauptheizfeld und mindestens ein Nebenheizfeld ergeben.

Durch die flexible Art des Legebildes ist es möglich, beispielsweise innerhalb eines Heizfeldes ein Hauptheizfeld für die Hauptsitzflächen wie Gesäß- und Rückenteil und zwei seitliche Nebenheizfelder für die Nebensitzflächen wie Seitenwangen eines Sitzes bereitzustellen. Damit ist eine flexible und den Sitzbedürfnissen angepaßte Erwärmung eines Sitzes mittels nur eines Flächenheizelementes möglich.

Eine beispielsweise Vorrichtung zur wirkenden Herstellung von textilen Flächenheizelementen, insbesondere von erfindungsgemäßen Elementen, weist Nadeln zum Wirken von Heizleitern auf ein textiles Grundmaterial und mindestens eine Kontaktleiter und/oder am textilen Grundmaterial angebrachte Markierungen detektierende Sensorik zur Steuerung mindestens einer Legeschiene auf. Damit ist die schon oben erwähnte Reproduzierbarkeit der Heizleitermuster und eine relativ freie Steuerung der Legeschienen zur Erzeugung insbesondere der erfindungsgemäßen Flächenheizelemente gewährleistet.

In der Praxis hat es sich bewährt, wenn die Vorrichtung eine Wegmessungseinrichtung aufweist, damit eine sehr hohe Reproduzierbarkeit des Legebildes gewährleistet werden kann. Eine solche Einrichtung weist insbesondere einen üblichen Drehwinkelgeber auf, bei dem der zurückgelegte Weg des über eine Rolle laufenden textilen Grundmaterials über eine Drehwinkelmessung der gedrehten Rolle und den Durchmesser der Rolle ermittelt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizelementes, insbesondere eines erfindungsgemäßen Elementes, mit elektrisch leitenden und sich berührenden Kontakt- und Heizleitern werden die Kontaktleiter vor dem Wirkprozeß auf ein textiles Grundmaterial, beispielsweise mittels Kleben oder Nähen, aufgebracht. Im anschließenden Wirkprozeß werden die Heizleiter mit dem textilen Grundmaterial und den Kontaktleitern derart verbunden, daß mit Hilfe einer vor den Nadeln einer Wirkmaschine angebrachten Sensorik die Kontaktleiter und/oder auf dem textilen Grundmaterial angebrachte Markierungen, beispielsweise Ausstanzungen oder Metallstücke, detektiert und die Legeschienen der Wirkmaschine entsprechend der Sensorsignale gesteuert werden, derart, daß nach Detektion der Markierung oder Kontaktleiter/-leiste zunächst ein Hauptheizfeld gewirkt wird und nach Ablauf einer Wegstrecke auf eine Wirkung eines Nebenheizfeldes oder umgedreht umgeschaltet wird. Dies bedingt eine reproduzierbare und gleichzeitig relativ freie und kostengünstige Steuerung. Die Steuerung erfolgt dadurch, daß mittels eines durch einen Rechner gesteuerten elektrischen oder hydraulischen Antriebs die Legeschienen der Wirkmaschine in Abhängigkeit der von der Sensorik gelieferten Daten und intern gespeicherter Daten bewegt werden.

Letztlich kann durch entsprechende Programmierung des Rechners das Legemuster für die Heizfelder verändert und somit unterschiedliche Heizleistungen realisiert werden. In vorteilhafter da bewährter Art und Weise weist die Sensorik kapazitive, induktive und/oder optische Sensoren auf, die als solche bekannt sind.

Die nachfolgenden Ausgestaltungen haben sich in der Praxis als vorteilhaft herausgestellt. Das Legebild kann für das jeweils spezifische Anforderungsprofil entsprechend ausgeführt werden.

Zumindest ein Teil der Heizleiter liegt außerhalb der Heizfelder lediglich in Richtung entlang der Maschenstäbchen einer wirktechnischen Bindung und verläuft bezüglich benachbarter Maschenstäbchen wechselfrei (d. h. ohne auf benachbarte Maschenstäbchen zu wechseln) und/oder zumindest ein Teil der Heizleiter liegt im Bereich der Kontaktleiter lediglich in Richtung entlang der Maschenstäbchen wechselfrei und/oder zumindest ein Teil der Heizleiter verläuft außerhalb der Heizfelder bezüglich der Maschenstäbchen nicht wechselfrei und/oder zumindest ein Teil der Heizleiter verläuft im Bereich der Kontaktleiter bezüglich der Maschenstäbchen nicht wechselfrei.

Die Heizfelder sind die Bereiche, in denen die Heizleiter zu einem erforderlichen Muster ans Grundmaterial gewirkt werden. Der Verlauf der Heizleiter im Bereich der Kontaktleiter entlang der Maschenstäbchen führt zu einer festeren Verbindung dieser Leiter mit den Kontaktleitern, so daß die unerwünschte Eigenerwärmung der einzelnen Kontaktleisten verringert wird. Außerhalb der Heizfelder und/oder innerhalb der Kontaktleiter wird mittels dieser Legetechnik auch Heizleitermaterial eingespart.

Es ist vorteilhaft, wenn außerhalb der Heizfelder und der Kontaktleiter die Heizleiter eine Flottung aufweisen und nicht in das textile Grudmaterial eingebunden sind, da die Heizleiter beim Zuschneiden des Grundmaterials an den jeweiligen Enden heraustretend leichter gekürzt werden können, um auf diese Art und Weise Kontakte mit den umgebenden Materialien und somit gegebenenfalls Kurzschlüsse zu vermeiden.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn in Richtung ent lang der Kontaktleiter unterschiedlich viel Heizleitermaterial in den Heizfeldern aufgebracht ist, da somit verschiedene Flächenheizleistungen realisiert werden können, was bei lokalisiert differenzierten Beheizungen der Sitzfläche notwendig ist; insbesondere für Autositzheizungen ist es somit möglich, für die Rücksitzfläche eines Benutzers gezielt von oben nach unten oder umgekehrt kontinuierlich mehr Sitzwärme zu erzeugen. Eine solche Flächenheizleistungsverteilung wird in der Regel durch eine entsprechend ausgelegte Legeschiene realisiert. Was mit der erfindungsgemäß freien Programmierung in hierzu orthogonaler Richtung (also orthogonal zur Richtung entlang der Kontaktleiter) möglich ist, kann mittels einer solchen Legeschiene realisiert werden.

Es ist vorteilhaft, daß es sich bei der wirktechnischen Bindung um eine Bindung aus der Gruppe Fran-sen-, Fransen-Schuß-, Trikot-, Satin-Bindung handelt, da sich diese Bindungstypen bewährt haben.

Darüberhinaus ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktleiter metallisch, beispielsweise aus Kupfer betehend, sind, da diese in der Regel kostengünstig hergestellt werden. Die Heizleiter sind vorteilhafterweise Kohlefasern, da sich diese in der Praxis bewährt haben.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von 6 Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 – eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. die hierzu notwendige Vorrichtung;
2 – eine schematische Darstellung von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Heizelementen und ihren Heizfeldern;
3 – eine schematische Darstellung eines mit Kontaktleitern versehenen Grundmaterials vor dem Wirkprozeß;
4 – eine schematische Darstellung des in 3 dargestellten Grundmaterials nach dem Wirkprozeß;
5 – eine Ausschnittsvergrößerung des in 4 dargestellten gewirkten Grundmaterials und
6 – eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäß gewirkten Grundmaterials.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der hierzu notwendigen Vorrichtung.
Bei diesem Verfahren wird ein mit Kontaktleitern (2) versehenes Gewebe/Gewirke/Vlies (1) von einer Rolle über mehrere Rollen an einer Sensorik (7) vorbei zum eigentlichen Wirkprozeß und der hierzu notwendigen Legeschiene (12) und Nadeln (8) geleitet.
Gleichzeitig wird ein Heizleiter über mehrere Rollen geführt, um anschließend der Legeschiene (12) zugeführt zu werden, die wiederum mittels eines Rechners über die Sensorik (7) gesteuert wird. Diese verarbeitet dabei die Positionen der einzelnen Kontaktleiter (2). Auf diese Art und Weise ist eine definierte Steuerung der Legeschiene (12) zu bewerkstelligen.
Zur Fixierung des Heizleiters auf dem textilen Gewebe/Gewirke/Vlies (1) wird gleichzeitig ein textiler Faden (5) von einer anderen Rolle der Legeschiene (12) zugeführt, um ein Aufnähen des Heizleiters auf dem Gewebe/Gewirke/Vlies (1) zu ermöglichen.
Nach der Aufbringung des Heizleiters auf dem Grundmaterial (1) wird die Materialbahn vorzugsweise aufgerollt.
In 2 ist eine Bahn des mit Heizleitern (4) versehenen Grundmaterials (1) zu erkennen, die aus noch nicht voneinander getrennten Heizelementen (14) besteht. Jedes Heizelement (14) weist ein zentrales Hauptheizfeld (3) auf, in dem je nach Anforderungsprofil ein oder mehrere Muster aus Heizleitern (4) angeordnet sind. Die Hauptheizfelder (3) sind jeweils von zwei Kontaktleitern (2) begrenzt. Außerhalb der Kontaktleiter (2) verlaufen die Heizleiter (4) im wesentlichen parallel zueinander in Richtung des nächsten Kontaktleiters (2) des benachbarten Hauptheizfeldes (3). Der Trennbereich (8) der Heizelemente voneinander befindet sich quasi auf der Mitte eines solchen zwischen zwei Hauptheizfeldern (3) liegenden Zwischenbereichs (6).
In 3 ist eine Stoffbahn des Grundmaterials (1) vor dem Wirkprozeß aufgezeigt. Zu erkennen sind die einzelnen voneinander beabstandeten Kontaktleiter (2), die die einzelnen späteren Heizfelder (3) abgrenzend definieren. Die Sensorik (7) dient beim Wirkprozeß zur oben erläuterten gezielten Steuerung der Legeschiene (12).
In 4 ist die in 3 gezeigte Stoffbahn des Grundmaterials (1) nach dem Wirkprozeß aufgezeigt. Dort sind die einzelnen Hauptheizfelder (3) nunmehr mit den einzelnen Heizleitern (4) in Form eines jeweiligen Legemusters (11) belegt. Zu erkennen sind auch die Zwischenbereiche (6) zwischen den jeweiligen Hauptheizfeldern (3) und deren Kontaktleiter (2).
5 zeigt eine Ausschnittsvergrößerung eines Bereiches um einen Kontaktleiter (2). Im Hauptheizfeld (3) befinden sich die einzelnen ein Legemuster (11) bildenden Heizleiter (4), die gleichzeitig Maschenstäbchen (13) definieren. Die Kontaktleiter (2) kreuzen die Heizleiter (4) und bilden jeweils Kontaktierungen (10). Schließlich sind mit (9) die textilen maschenbildenden Fäden des Grundmaterials (1) bezeichnet.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäß gewirkten Grundmaterials. Zwischen zwei Kontaktleitern (2) ist das Heizfeld (3) angeordnet, welches sich aus einem Hauptheizfeld (15) und zwei benachbarten Nebenheizfeldern (16) zusammensetzt. Das Hauptheizfeld (15) dient zur Erwärmung des Gesäß- bzw. des Rückenteils eines Sitzes, während die Nebenheizfelder (16) zur Erwärmung der Seitenwangen des Sitzes dienen.

Claims

Elektrisches Flächenheizelement, inbesondere für Sitzheizungen im KFZ-Bereich, mit einem textilen Grundmaterial (1) und damit verbundenen elektrisch leitenden und sich berührenden Kontakt- (2) und Heizleitern (4), wobei die Heizleiter (4) zwischen beabstandeten Kontaktleitern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Heizleiter (4) innerhalb der durch die Kontaktleiter (2) begrenzten Heizfelder in Richtung der Maschenstäbchen (13) und orthogonal zu den Maschenstäbchen (13) wirkend gelegt sind, daß b) die verlegten Heizleiter (4) zwischen den Kontaktleitern (2) mindestens zwei hintereinanderliegende Zonen (15, 16) unterschiedlicher Flächenheizleistung bilden, die mindestens ein Hauptheizfeld und mindestens ein Nebenheizfeld ergeben.
Flächenheizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – zumindest ein Teil der Heizleiter (4) außerhalb der Heizfelder (3) lediglich in Richtung entlang der Maschenstäbchen (13) einer wirktechnischen Bindung liegen und bezüglich benachbarter Maschenstäbchen (13) wech selfrei verlaufen und/oder – zumindest ein Teil der Heizleiter (4) im Bereich der Kontaktleiter (2) lediglich in Richtung entlang der Maschenstäbchen (13) einer wirktechnischen Bindung liegen und bezüglich benachbarter Maschenstäbchen (13) wechselfrei verlaufen und/oder – zumindest ein Teil der Heizleiter (4) außerhalb der Heizfelder (3) bezüglich der Maschenstäbchen nicht wechselfrei verlaufen und/oder – zumindest ein Teil der Heizleiter (4) im Bereich der Kontaktleiter (2) bezüglich der Maschenstäbchen (13) nicht-wechselfrei verlaufen.
Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der Heizfelder (3) und der Kontaktleiter (2) die Heizleiter (4) eine Flottung aufweisen und nicht in das textile Grundmaterial (1) eingebunden sind.
Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der wirktechnischen Bindung um eine Bindung aus der Gruppe Fransen-, Fransen-Schuß-, Trikot, Satin-Bindung handelt.
Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiter (2) metallisch sind.
Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleiter (4) Koh lefasern sind.
Elektrische Sitzheizung, enthaltend mindestens ein Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verwendung eines Flächenheizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für elektrische Sitzheizungen.
Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizelementes, insbesondere eines Flächenheizelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit elektrisch leitenden und sich berührenden Kontakt- (2) und Heizleitern (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiter (2) vor dem Wirkprozeß auf ein textiles Grundmaterial (1) aufgebracht werden, und – im anschließendem Wirkprozeß die Heizleiter (4) mit dem textilen Grundmaterial (1) und den Kontaktleitern (2) derart verbunden werden, daß mit Hilfe einer vor den Nadeln einer Wirkmaschine angebrachten Sensorik (7) die Kontaktleiter (2) und/oder auf dem textilen Grundmaterial (1) angebrachte Markierungen detektiert und die Legeschiene (12) der Wirkmaschine entsprechend der Sensorsignale derart gesteuert werden, daß nach Detektion der Markierungen oder Kontaktleiter zunächst ein Haupt- oder Nebenheizfeld gewirkt wird und nach Ablauf einer Wegstrecke auf eine Wirkung eines Neben- oder Hauptheizfeldes umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorik (7) kapazitive, induktive und/oder optische Sensoren aufweist.