DE10137976A1 - Litze, insbesondere für eine Sitzheizung für ein Kraftfahrzeug, und Verfahren zum Einstellen gewünschter elektrischer Eigenschaften einer Litze - Google Patents

Abstract

Um insbesondere für einen Heizdraht einer Sitzheizung (2) eines Kraftfahrzeugs die elektrischen, thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften an die Anforderungen eines 42-Volt-Bordnetzes anzupassen, umfasst eine den Heizdraht bildende Litze (6, 6A-6D) eine Kombination mehrerer Arten von Einzeldrähten (8A-8G), wobei zum Einstellen der gewünschten Eigenschaften der Litze (6A-6G) die einzelnen Arten der Einzeldrähte (8A-8G) unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Litze, insbesondere eine Litze für eine Sitzheizung für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Einstellen gewünschter elektrischer Eigenschaften der Litze.

Im Automobilbereich wird eine Erhöhung der heute üblichen Bordnetzspannung von 12 Volt auf 42 Volt angestrebt, um aufgrund der mittlerweile großen Anzahl von elektrischen Verbrauchern bei vergleichsweise geringen Strömen eine ausreichende Leistung über das Bordnetz bereitstellen zu können. Davon betroffen ist auch eine Sitzheizung, bei der im Sitz einzelne Heizdrähte verlegt sind, die sich bei einem Stromdurchfluss erwärmen und somit den Sitz heizen. Maßgebend für die Heizleistung ist dabei neben der Bordnetzspannung der Widerstand des Heizdrahtes. Geht man davon aus, dass die Heizleistung im Vergleich zu einer für die bisherige Bordnetzspannung von 12 Volt ausgelegten Sitzheizung gleich bleiben soll, so muss der Widerstand des Heizdrahts erhöht werden.

Eine einfache Verringerung des Leistungsquerschnitts zur Erhöhung des Widerstandwerts ist bei einem Heizdraht für eine Sitzheizung jedoch nur bedingt möglich. Denn zum Einen wird ein gewisses Volumen an Material für den Wärmeabtransport benötigt, um den Sitz beheizen zu können. Der Heizdraht muss also eine gute thermische Leitfähigkeit aufweisen. Zum Anderen ist der Heizdraht einer Sitzheizung aufgrund der Verarbeitung in einem oberflächennahen Bereich des Sitzes auch starken mechanischen Belastungen aufgrund der normalen Nutzung des Sitzes, wenn also eine Person sich in den Sitz setzt, ausgesetzt. Daher ist ebenfalls eine ausreichende mechanische Belastbarkeit, insbesondere eine ausreichende Zugfestigkeit des Heizdrahts erforderlich, um zu verhindern, dass er aufgrund der mechanischen Belastungen geschädigt wird oder reißt.

Aufgrund der beabsichtigten Erhöhung der Bordnetzspannung auf 42 Volt ergibt sich daher ein vollständig neues Anforderungsprofil an einen Heizdraht für eine Sitzheizung. Im Vordergrund stehen dabei die elektrischen Eigenschaften. Daneben sind aber auch die thermischen und mechanischen Eigenschaften zu beachten. Die veränderten Anforderungen im Hinblick auf die elektrischen Eigenschaften wären nämlich beispielsweise durch einen Wolfram-Heizdraht zu erfüllen. Jedoch ist ein Wolfram-Heizdraht sehr brüchig und genügt damit den mechanischen Anforderungen nicht. Zu berücksichtigen ist auch, dass für den Heizdraht nur solche Materialien in Betracht kommen, die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen, so dass bei zunehmender Temperatur des Heizdrahts dessen elektrischer Widerstand zunimmt. Andernfalls, also bei einem negativen Temperaturkoeffizienten, würde eine Temperaturerhöhung aufgrund des abnehmenden Widerstands zu einer Erhöhung des Stromflusses und damit zu einer sich selbst verstärkenden und die Sicherheit beeinträchtigenden Temperaturerhöhung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Litze, die insbesondere für eine Sitzheizung für ein Kraftfahrzeug geeignet ist, sowie ein Verfahren zum Einstellen gewünschter elektrischer Eigenschaften einer Litze anzugeben.

Die im Hinblick auf die Litze angeführte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmalskombination des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass die Litze eine Kombination mehrerer Arten von Einzeldrähten umfasst, wobei zum Einstellen von gewünschten elektrischen Eigenschaften der Litze die einzelnen Arten der Einzeldrähte unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen.

Diese Ausgestaltung geht von der prinzipiellen Idee aus, anstatt der bisher üblicherweise verwendeten Einmetall-Kupferdrähte als Heizdraht für eine Sitzheizung eine Litze bestehend aus mehreren Einzeldrähten vorzusehen und die gewünschten Eigenschaften durch eine geeignete Kombination der unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte einzustellen. Dadurch wird in besonders vorteilhafter Weise die Variierbarkeit der Eigenschaften der Litze im Vergleich zu einem herkömmlichen Einmetall-Einzeldraht deutlich erhöht. Aufgrund der unterschiedlichen Kombination von unterschiedlichen Einzeldrähten besteht nämlich prinzipiell eine nahezu unbegrenzte Anzahl von Variationsmöglichkeiten, so dass die elektrischen Eigenschaften der Litze genau an den gewünschten Einsatzzweck angepasst werden können.

Im Hinblick auf die Verwendung der Litze als Heizdraht für eine Sitzheizung besteht daher in relativ einfacher Weise die Möglichkeit, die unterschiedlichen und sich zum Teil widersprechenden Anforderungen im Hinblick auf die elektrischen, thermischen und mechanischen Anforderungen an einen Heizdraht zu erfüllen. Eine derartige Litze ist jedoch nicht auf die Verwendung als Heizdraht in einer Sitzheizung beschränkt.

In einer zweckdienlichen Ausgestaltung unterscheiden sich dabei die unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte im Hinblick auf ihre Widerstandswerte, also im Hinblick auf ihre spezifischen elektrischen Widerstände. Die Summe der Einzeldrähte, also die Litze, weist dann einen spezifischen Gesamtwiderstand auf, der gebildet ist durch die spezifischen Einzelwiderstände der Einzeldrähte. Auf diese Weise lässt sich insbesondere der für einen Heizdraht einer Sitzheizung gewünschte spezifische Widerstand problemlos einstellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung unterscheiden sich die unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte weiterhin im Hinblick auf ihre mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften. Bei der Kombination der unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte werden daher beispielsweise einige Einzeldrähte mit einer besonders hohen thermischen Leitfähigkeit ausgewählt, um einen ausreichenden Wärmetransport zu gewährleisten. Daneben wird eine andere Einzeldraht-Art mit einer besonders hohen mechanischen Widerstandsfähigkeit ausgewählt, so dass die Litze die mechanischen Belastungen aufnehmen kann. Zur Ausbildung der Litze werden zumindest zwei unterschiedliche Arten von Einzeldrähten miteinander kombiniert. Dabei weist bevorzugt die eine Art eine gute Wärmeleitfähigkeit und die andere Art geeignete Widerstandswerte auf.

Die Einstellung der gewünschten elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften kann dabei zusätzlich auch dadurch erfolgen, dass die unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte sich in ihren geometrischen Faktoren, also insbesondere dem Leitungsquerschnitt, unterscheiden oder auch einfach durch eine geeignete Auswahl der verwendeten Anzahl einer bestimmten Art im Verhältnis zu einer weiteren Art.

Um die unterschiedlichen Eigenschaften einzustellen, werden für die unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte bevorzugt unterschiedliche Legierungen verwendet. Insbesondere sind dabei für die Einzeldrähte Kupfer- oder Aluminiumlegierungen vorgesehen. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Legierungen wird bereits bei der Materialauswahl für den Einzeldraht eine möglichst gute Anpassung an die Anforderungen erreicht, die an die Litze gestellt sind. Die Verwendung von Kupferlegierungen erfolgt dabei insbesondere im Hinblick auf die guten elektrischen Eigenschaften von Kupfer. Die Verwendung von Aluminiumlegierungen ist insbesondere im Hinblick auf den höheren spezifischen elektrischen Widerstand des Aluminiums im Vergleich zu Kupfer interessant. Neben den Kupfer- oder Aluminiumlegierungen können natürlich die Einzeldrähte auch aus den Metallen Kupfer oder Aluminium an sich bestehen. Als Legierungen bieten sich insbesondere AlSi, CuSn, CuMg. CuCd, CuFeP, CuCoP, CuCrCd und CuCrAgFeTiSi an.

Vorzugsweise ist zumindest eine Art der Einzeldrähte gebildet durch einen Verbundwerkstoff. Unterschiedliche Arten der Einzeldrähte können dabei durch unterschiedliche Verbundwerkstoffe verwirklicht sein. Der Verbundwerkstoff hat den Vorteil, dass hier der Einzeldraht gebildet ist aus zumindest zwei Werkstoffen unterschiedlicher Eigenschaften. Hierdurch besteht auf der Ebene des Einzeldrahts bereits die Möglichkeit, durch geeignete Werkstoffwahl die Eigenschaften geeignet einzustellen. So kann beispielsweise der eine Werkstoff im Hinblick auf die gewünschten elektrischen oder thermischen Eigenschaften und der zweite Werkstoff im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften ausgewählt sein.

Bevorzugt ist der Einzeldraht dabei gebildet durch eine zentrale Ader aus dem ersten Werkstoff, die von dem zweiten Werkstoff ummantelt ist. Es können auch um diesen Mantel herum weitere Ummantelungen weiterer Werkstoffe vorgesehen sein. Vorzugsweise wird für einen aus einem Verbundwerkstoff gebildeten Einzeldraht ein stahlummanteltes Kupfer verwendet.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist zumindest eine Art der Einzeldrähte eine Beschichtung auf. Auch hier können unterschiedliche Arten der Einzeldrähte unterschiedliche Beschichtungen aufweisen. Die Beschichtung wird beispielsweise durch Eintauchen des Einzeldrahtes in das Beschichtungsmaterial aufgebracht. Insbesondere wird hierbei als Einzeldraht verkupfertes Aluminium oder verzinntes, versilbertes, oder vernickeltes Kupfer verwendet.

Im Hinblick auf die unterschiedlichen Anforderungen an die Heizdrähte für unterschiedliche Einsatzzwecke, beispielsweise für unterschiedliche Ausführungsformen von Sitzheizungen, ist vorzugsweise ein Litzenset vorgesehen, welches verschiedene Typen der zuvor beschriebenen Litzen aufweist, wobei sich die einzelnen Litzentypen im Hinblick auf ihre elektrischen Eigenschaften unterscheiden. Um die Anforderungen eines bestimmten Einsatzzwecks erfüllen zu können, bedarf es daher lediglich der Auswahl von geeigneten Litzentypen, die entweder einzeln oder in geeigneten Kombinationen verwendet werden.

Zweckdienlicherweise ist dabei vorgesehen, dass die verschiedenen Litzentypen bei unterschiedlichen Eigenschaften die gleiche Geometrie, also insbesondere die gleiche Querschnittsfläche, aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Litzentypen ohne Einschränkungen miteinander kombinierbar oder untereinander austauschbar sind, ohne dass konstruktive Änderungen beispielsweise bei einer Sitzheizung vorzunehmen sind. Insbesondere besteht nicht die Gefahr, dass bei der Wahl von Litzentypen mit einem vergrößerten Durchmesser, diese durch den Sitz hindurch von einer sitzenden Person spürbar sind.

Bei einer Sitzheizung wird vorzugsweise lediglich ein einzelner Litzentyp verwendet, so dass einerseits über die gesamte Heizfläche eine homogene Heizleistung sichergestellt ist und andererseits die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Montage gering ist.

Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, indem mehrere sich in ihren elektrischen Eigenschaften unterscheidende Arten von Einzeldrähten zur Herstellung der Litze miteinander verseilt werden. Mit diesem Verfahren lassen sich daher die unterschiedlichen Typen von Litzen, wie sie zuvor beschrieben wurden, herstellen. Die im Hinblick auf die Litze angeführten Vorteile, bevorzugten Ausgestaltungen und Anwendungsgebiete lassen sich sinngemäß auch auf das Verfahren übertragen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in grob vereinfachten und schematischen Darstellungen:

Fig. 1 eine ausschnittsweise Darstellung einer Sitzheizung mit als Heizdrähten ausgebildeten Litzen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Litze, bestehend aus unterschiedlichen Arten von Einzeldrähten,

Fig. 3A unterschiedliche Arten von Einzeldrähten, jeweils im Querschnitt und

Fig. 3B aus den unterschiedlichen Arten von Einzeldrähten gebildete unterschiedliche Typen von Litzen eines Litzensets.

Die in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte Sitzheizung 2 weist auf einem textilen Trägermaterial 4 aufgebrachte Heizdrähte in Form von parallel nebeneinander verlaufende Litzen 6 eines einheitlichen Litzentyps auf. Die Litzen 6 unterscheiden sich also in ihren Eigenschaften nicht. Die Litzen 6 sind im Hinblick auf ihre elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften dahingehend abgestimmt, dass sie die an eine Sitzheizung 2 gestellten Anforderungen bei einem 42-Volt-Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs erfüllen. Die einzelnen Litzen 6 haben dabei keine Isolierung, um einen möglichst guten Wärmeabtransport zu ermöglichen.

Im Vergleich zu herkömmlichen, bei einem 12-Volt-Bordnetz eingesetzten Heizdrähten, weisen die Litzen 6 einen deutlich erhöhten Widerstandswert auf, also einen höheren spezifischen Widerstand. Gleichzeitig sind ihre thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften, also einerseits ihre Wärmeleitfähigkeit und andererseits insbesondere ihre Zugfestigkeit, mit denen herkömmlicher Heizdrähte vergleichbar oder gegenüber diesen herkömmlichen Heizdrähten verbessert. Um einen einfachen Übergang vom bisherigen 12-Volt-Bordnetz zu einem 42-Volt-Bordnetz ohne konstruktive Änderungen an den Sitzen oder der Sitzheizung vornehmen zu müssen, weisen dabei die Litzen die gleichen geometrischen Randbedingungen wie die herkömmlichen Heizdrähte auf. Der Übergang vom 12-Volt-Bordnetz auf das 42-Volt-Bordnetz ist daher problemlos möglich.

Zur Einstellung der gewünschten Eigenschaften der Litze 6 weist diese unterschiedliche Arten von Einzeldrähten 8A-8G auf (vergl. Fig. 3A). Zur Herstellung der Litze 6 wird dabei eine geeignete Kombination von Einzeldrähten 8A-8G ausgewählt und diese Einzeldrähte 8A-8G werden miteinander verdreht oder verseilt.

In Fig. 2 ist beispielhaft eine Litze 6 mit zwei unterschiedlichen Arten von Einzeldrähten 8A, 8C dargestellt. Und zwar weist die bevorzugte Litze 6 insgesamt etwa 60 Einzeldrähte 8A, 8C auf (nicht alle dargestellt), wobei die eine Art der Einzeldrähte 8A gebildet ist durch reine Kupferdrähte und die andere Art 8E durch eine Kupferlegierung, insbesondere eine CuSn6-Legierung. Die Einzeldrähte weisen dabei typischerweise einen Durchmesser von etwa 0,05 mm auf.

Zur Einstellung der unterschiedlichen Eigenschaften der Litze 6 werden insbesondere die in Fig. 3A symbolisch dargestellten unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte 8A-8G verwendet. Dabei ist der Einzeldraht 8A ein Kupferdraht Cu und der Einzeldraht 8B ein Aluminiumdraht Al. Die gemeinsam mit dem Bezugszeichen 8C versehenen Einzeldrahtarten weisen unterschiedliche Kupferlegierungen auf die die allgemein mit Cu-X bezeichnet sind. X steht dabei für den Legierungsbestandteil oder für die Legierungsbestandteile neben Kupfer. Insbesondere ist eine Auswahl der Kupferlegierungen CuSn, CuMg, CuCd, CuFeP, CuCuP, CuCrCd und CuCrAgFeTiSi vorgesehen. Die Einzeldrahtart 8D ist eine Aluminiumlegierung, die allgemein mit Al-Y bezeichnet ist, wobei Y für den Legierungsbestandteil oder für die Legierungsbestandteile neben Aluminium steht. Bevorzugt wird eine AlSi-Legierung.

Die Einzeldrahtarten 8E sind gebildet durch unterschiedlich beschichtete Kupferdrähte, die allgemein als a-CU bezeichnet sind, wobei a für das Beschichtungsmaterial steht. Die Einzeldrahtarten 8E sind insbesondere gebildet durch verzinntes Kupfer, versilbertes Kupfer oder vernickeltes Kupfer. Die Einzeldrahtart 8F weist ein beschichtetes Aluminium auf, und ist allgemein mit b- Al bezeichnet, wobei b für das Beschichtungsmaterial steht. Insbesondere wird verkupfertes Aluminium ausgewählt. Die weitere Einzeldrahtart 8G ist gebildet durch einen mit V bezeichneten Verbundwerkstoff aus zumindest zwei unterschiedlichen Werkstoffen. Der Einzeldraht 8G ist dabei gebildet durch eine zentrale Ader 10, die von einem Mantel 12 umgeben ist. Die Ader 10 ist insbesondere eine Kupferader und der Mantel 12 insbesondere ein Stahlmantel.

Aus diesen unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte 8A-8G, die sich im Hinblick auf ihre elektrischen und/oder thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften unterscheiden, kann eine nahezu unbegrenzte Anzahl unterschiedlicher Typen von Litzen 6A-D gebildet werden, die sich im Hinblick auf ihre Eigenschaften unterscheiden. Neben einer guten Wärmeleitfähigkeit, einer hohen Zugfestigkeit und eines geeigneten spezifischen Widerstands ist zusätzlich zu berücksichtigen, dass die Litzentypen 6A-D jeweils einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen, so dass ihr spezifischer Widerstand bei einer Temperaturerhöhung zunimmt.

Zur Erhöhung der Anzahl der Variationsmöglichkeiten sind zusätzlich unterschiedliche Leiterquerschnitte innerhalb der einzelnen Einzeldrahtarten 8A-8G vorgesehen, wie jeweils durch die kleinen Kreissymbole angedeutet ist.

In Fig. 3B ist beispielhaft ein Litzenset 14, bestehend aus vier unterschiedlichen Litzentypen 6A-6D dargestellt. Diese Litzentypen 6A-6D weisen dabei vorzugsweise die gleichen geometrischen Randbedingungen auf, so dass sie wahlweise für unterschiedliche Sitzheizungen 2 eingesetzt werden können. Je nach Anforderung an die Litze 6 braucht lediglich ein bestimmter Typ aus den unterschiedlichen Litzentypen 6A-6D ausgewählt werden.

Bezugszeichenliste

2

Sitzheizung

4

textiles Trägermaterial

6

,

6

A-

6

D Litze

8

A-

8

G Einzeldraht

10

Ader

12

Mantel

14

Litzenset

Claims (14)

1. Litze (6, 6A-6D), insbesondere für eine Sitzheizung (2) für ein Kraftfahrzeug, die eine Kombination mehrerer Arten von Einzeldrähten (8A-8G) umfasst, wobei zum Einstellen von gewünschten elektrischen Eigenschaften der Litze (6, 6A-6D) die einzelnen Arten der Einzeldrähte (8A-8G) unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen.

2. Litze (6, 6A-6D) nach Anspruch 1, bei der sich zumindest ein Teil der unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte (8A-8G) im Hinblick auf den spezifischen elektrischen Widerstand unterscheidet.

3. Litze (6, 6A-6D) nach Anspruch 1 oder 2, bei der sich zumindest ein Teil der unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte (8A-8G) im Hinblick auf die mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften unterscheidet.

4. Litze (6, 6A-6D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich zumindest ein Teil der unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte (8C, 8D) im Hinblick auf die verwendeten Legierungen unterscheidet.

5. Litze (6, 6A-6D) nach Anspruch 4, bei der für unterschiedlichen Arten der Einzeldrähte (8C, 8D) Kupfer- oder Aluminiumlegierungen vorgesehen sind.

6. Litze (6, 6A-6D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Art der Einzeldrähte (8G) gebildet ist durch einen Verbundwerkstoff.

7. Litze (6, 6A-6D) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Art der Einzeldrähte(8E, 8F) eine Beschichtung aufweist

8. Litzenset (14) umfassend verschiedene Typen von Litzen (6, 6A-6D) mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften, die jeweils nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind, wobei zum Einstellen der elektrischen Eigenschaften die Litzentypen (6, 6A-6D) unterschiedliche Kombinationen von sich in ihren elektrischen Eigenschaften unterscheidende Arten von Einzeldrähten (8A-8G) aufweisen.

9. Litzenset (14) nach Anspruch 7, bei dem die verschiedenen Litzentypen (6, 6A-6D) bei unterschiedlichen Eigenschaften die gleiche Geometrie aufweisen.

10. Litzenset (14) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die verschiedenen Litzentypen (6, 6A-6D) unterschiedliche spezifische elektrische Widerstände aufweisen, und hierzu unterschiedliche Kombinationen von sich in ihren spezifischen Widerständen unterscheidende Arten von Einzeldrähten (8A-8G) vorgesehen sind.

11. Litzenset (14) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die verschiedenen Litzentypen (6, 6A-6D) unterschiedliche mechanische und/oder thermische Eigenschaften aufweisen, und hierzu unterschiedliche Kombinationen von sich in ihren mechanischen bzw. thermischen Eigenschaften unterscheidende Arten von Einzeldrähten (8A-8G) vorgesehen sind.

12. Sitzheizung (2), insbesondere Sitzheizung für ein Kraftfahrzeug, mit einer als Heizdraht ausgebildeten Litze (6, 6A-6D) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

13. Sitzheizung (2) nach Anspruch 12, bei der nur ein Litzentyp (6, 6A-6D) aus einem Litzenset (14) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 verwendet ist.

14. Verfahren zum Einstellen gewünschter elektrischer Eigenschaften einer Litze (6, 6A-6D), bei dem mehrere sich in ihren elektrischen Eigenschaften unterscheidende Arten von Einzeldrähten (8A-8G) zur Herstellung der Litze (6, 6A-6D) miteinander verseilt werden.