-
Thema der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Gegenstände und Verfahren nach den
Oberbegriffen der unabhängigen
Ansprüche.
-
Elektrische
Heizelemente und Heizleiter sind oft starken mechanischen Belastungen
ausgesetzt. Daher besteht Bedarf an technischen Lösungen,
die dauerfest, sicher und kostengünstig eine bedarfsgerechte
Temperierung von Personen oder personenberührten Flächen ermöglichen.
-
Gegenstand der Erfindung
-
Es
wird ein technisches Konzept nach den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung
und den abhängigen
Ansprüchen
entnehmbar.
-
Die
Erfindung vereinfacht die Verlegung von Heizsträngen, da eine separate Verlegung
von Rückleitungen
entfällt.
-
Die
Sicherheit elektrischer Heizelemente wird erhöht, weil z. B. die Wahrscheinlichkeit
von Beschädigungen
beim Übernähen der
zu beheizenden Fläche
wegen einer reduzierten Zahl von Übergangstellen an Abspanngräben ebenfalls
reduziert wird. Die Erfindung eignet sich deshalb besonders für Heizelemente,
die mindestens eine Zone aufweisen, die übernäht oder zum Übernähen bestimmt
ist, oder die Verengungen aufweisen, wodurch die Gefahr einer erhöhten Belastung
besteht.
-
Die
Funktionalität
von Heizelementen wird erhöht,
weil gleichzeitig mehrere Schaltkreise mit unterschiedlichen Funktionen
verlegbar und verschaltbar sind, z. B. um die Sicherheit des Systems
abzuprüfen.
-
Die
Erfindung eignet sich grundsätzlich
für Heizleiter
und Heizelemente als solche und ihrer Verwendung für alle Gebrauchsoberflächen und
gepolsterten Gegenstände,
insbesondere Fahrzeugsitze, Sitzauflagen, Verkleidungselemente von
Fahrgasträumen,
Sessel oder Büroausstattung.
-
Figuren
-
Im
Folgenden werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Diese Ausführungen
sollen die Erfindung verständlich
machen. Sie haben jedoch nur beispielhaften Charakter. Selbstverständlich lassen
sich im Rahmen der Erfindung einzelne oder mehrere beschriebene
Merkmale auch weglassen, abwandeln oder ergänzen. Auch können die
Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen
selbstverständlich untereinander
kombiniert werden. Entscheidend ist, dass das Konzept der Erfindung
im Wesentlichen umgesetzt ist. „Im Wesentlichen" bedeutet, dass ein entsprechendes
Merkmal (z. B. der Ansprüche)
zu mindestens 50% erfüllt
ist, vorzugsweise zu mindestens 90%, vorzugsweise zu mindestens
95% bzw. 99%.
-
Nachfolgend
wird Bezug genommen auf:
-
1 Kraftfahrzeug
im teilweisen Längsschnitt
-
2 Draufsicht
auf ein Lenkrad des Kraftfahrzeuges von 1 mit elektrischem
Heizelement
-
3a–c Querschnitte
durch verschiedene Ausführungsformen
von Leit-Einrichtungen
-
4a–c Querschnitte
durch verschiedene Ausführungsformen
von Heizsträngen
-
Beschreibung der Erfindung
-
1 zeigt
ein Fahrzeug 1000. Dabei kann es sich z. B. um ein Flugzeug,
ein Schienenfahrzeug, ein Schiff oder wie hier um ein Kraftfahrzeug
handeln.
-
Das
Fahrzeug 1000 weist mindestens einen Inneneinrichtungsgegenstand 1100 auf.
Darunter werden im Zweifel alle Bauteile verstanden, mit denen ein
Benutzer der Fahrgastzelle in Kontakt kommen kann, wie z. B. ein
Sitz 1110, ein Armaturenbrett 1130, eine Armauflage,
eine Türverkleidung 1150, eine
Sitzauflage 1160, eine Wärmedecke, ein Fahrzeughimmel 1180,
ein Polster 400, ein Bezug 500 oder wie hier eine
Lenkeinrichtung für
Fahrzeuge 1120.
-
Der
Inneneinrichtungsgegenstand 1100 weist vorzugsweise mindestens
ein Polster 400 und/oder mindestens einen Bezug 500 auf.
-
Der
Inneneinrichtungsgegenstand 1100 weist außerdem gemäß 4 mindestens eine elektrische Heizeinrichtung 110 mit
mindestens einem elektrischen Heizstrang 114 auf. Die Heizeinrichtung 110 kann
z. B. als ein flächiges,
flexibles, im Wesentlichen textiles Heizelement gestaltet sein.
Ein Textil ist ein zumindest anteilig aus Fäden und/oder Fasern gebildetes
Flächengebilde.
Die Heizeinrichtung 110 kann z. B. als Einleger in die
Polsterung eines Inneneinrichtungsgegenstandes 1100, z.
B. eines Sitzes 1110, integriert sein.
-
Die
Heizeinrichtung 110 und/oder der Inneneinrichtungsgegenstand 1100 weisen
mindestens einen Träger 102 auf.
Dieser ist vorzugsweise flächig und
zumindest teilweise aus einem Textil, Gewirke, Gestrick, Gewebe,
Vlies, biegsamen Thermoplasten, luftdurchlässigem Material und/oder einer
gestanzten oder genoppten Folie gebildet. Er kann aber z. B. auch
durch ein zu temperierendes Objekt, z. B. den Inneneinrichtungsgegenstand 1100,
oder zumindest einen Teil dessen Oberfläche gebildet sein.
-
Die
Heizeinrichtung 110 weist insbesondere mindestens einen
Heizstrang 114 auf, der bei, an und/oder im Träger 102 angeordnet
ist. Es kann auch eine Vielzahl von Heizsträngen 114 vorgesehen
sein, die vorzugsweise beabstandet und elektrisch parallel oder
in Reihe zueinander angeordnet sind. Die Fixierung mindestens eines
Heizstranges 114 am Träger 102 geschieht
partiell oder vollflächig,
z. B. durch einen Kleber.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass mindestens ein Heizstrang 114 mindestens zwei elektrische
Leit-Einrichtungen 15, 17 aufweist. Diese sind vorzugsweise
zumindest über
einen Teil ihrer Länge gegeneinander
isoliert, z. B. durch eine Schicht aus Papier, Kunststoff, PU, PA,
PE, PFE und/oder PFTE. Vorzugsweise sind sie an mindestens einem
ihrer Enden elektrisch miteinander verbunden, z. B. durch einen
Crimp 120 aus Messing.
-
Vorzugsweise
ist mindestens eine Leit-Einrichtung gemäß 3a als
Leiterstrang 10 ausgeführt.
Ein „Strang" ist ein Gegenstand,
dessen Ersteckung in einer Dimension deutlich größer (z. B. das 10-fache) ist,
als in seinen beiden übrigen
Dimensionen im Raum. Vorzugsweise ist der Strang biegeelastisch,
fest und weist in beiden Querschnittsdimensionen ähnliche
Abmessungen auf. Er kann ein Monofil oder ein Multifilament sein.
Die Leit-Einrichtung und/oder der Leiterstrang 10 sind
vorzugsweise zumindest anteilig aus Kupfer, Stahl und/oder aus einer Legierung
mindestens einer dieser Materialien gefertigt.
-
Vorzugsweise
weist mindestens eine Leit-Einrichtung 15 gemäß 3c mindestens
zwei, vorzugsweise mindestens zwanzig Leiterstränge 10 auf.
-
Mindestens
ein Leiterstrang 10 kann gemäß 3b mindestens
eine Seele 20 und mindestens eine zumindest abschnittsweise
an dieser Seele 20 angeordnete elektrisch leitfähige Mantelschicht 30 aufweisen.
Unter einer Seele wird ein Strang verstanden, der den tragenden
Kern des Leiterstranges 10 und/oder der Leit-Einrichtung 15, 17 bildet.
Eine Mantelschicht ist eine Schicht, die direkt oder indirekt einen
Strang zumindest teilweise umhüllt,
jedoch nicht zwangsweise die äußerste den
Strang umhüllende Schicht.
Die Seele kann z. B. zumindest anteilig aus einem – z. B.
elastischen und reißfesten – Kunststoff, Carbonfasern,
Polypropylen, Polyester, Glasseide und/oder Stahl bestehen. Die
Mantelschicht kann z. B. zumindest anteilig aus Silber, Nickel und/oder Kupfer
bestehen. Sie kann jedoch auch zumindest teilweise von einer Isolation
und/oder einem Kleber gebildet sein. Dadurch kann eine Isolation
gegenüber anderen
Leitern des Stranges oder eine einfache Befestigung erreicht werden.
Es können
auch zwei Mantelschichten mit unterschiedlichen Materialien und
unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften vorgesehen sein. Vorzugsweise
ist mindestens einer der Leiterstränge 10, vorzugsweise
mindestens die Hälfte,
besser noch alle Leiterstränge 10 gegeneinander
isoliert. Hierfür
ist eine Mantelschicht 30 z. B. aus einem Isolationslack
zweckmäßig. Diese
Maßnahme
erhöht
die Sicherheit des Heizstranges gegen lokale Überhitzungen bei Bruch einzelner
Leiterstränge.
-
Es
ist kostengünstig,
wenn mindestens zwei Leit-Einrichtungen 15, 17 gemäß 4a in
etwa räumlich
parallel zur Längsachse
des Heizstranges 114 und/oder zueinander angeordnet. Weiterhin
ist es möglich,
dass eine erste Leit-Einrichtung 15 von mindestens
einer weiteren elektrischen Leit-Einrichtung 17 gemäß 4b netz-
oder röhrenartig,
z. B. in Form einer Mantelschicht 30, umgeben ist. Diese
Lösung
ist platzsparend und vermindert elektromagnetische Felder. Zweckmäßigerweise
sind die beiden Leit-Einrichtungen 15, 17 dabei
mittels einer weiteren Mantelschicht 30' aus Isolationsmaterial voneinander isoliert.
Mindestens eine Leit-Einrichtung 15 kann auch gemäß 4c um
mindestens eine weitere elektrische Leit-Einrichtung 17 herum
gewunden oder mit dieser verseilt sein. Dies ist vereinigt Vorteile beider
vorangehender Ausführungsformen.
Besonders günstig
ist dabei, wenn der Abstand der Windungsgänge der gewundenen Leit-Einrichtung 17 zueinander
zumindest über
einen Teilabschnitt des Heizleiters im Wesentlichen gleich groß ist wie
der Durchmesser der Leit-Einrichtung 17, vorzugsweise kleiner.
-
Erfindungsgemäß ist mindestens
eine Leit-Einrichtung 15, 17 mit mindestens einem
Heizwiderstand 35 versehen oder bildet diesen, um den Heizstrang 114 zu
erwärmen.
Wenn dieser Heizwiderstand 35 PTC-Charakteristik aufweist,
ist für
solche Heizstränge 114 kein
Temperaturregler nötig.
Er kann jedoch auch NTC-Charakteristik aufweisen.
-
Vorzugsweise
ist die Heizeinrichtung mit mindestens einer dritten Leit-Einrichtung 19 versehen.
Diese ist vorzugsweise ebenfalls am oder im Heizstrang 114 angeordnet.
Sie kann jedoch auch beabstandet zum Heizstrang 114 angeordnet
sein. Diese dritte Leit-Einrichtung 19 kann z. B. als Temperatur-Sensor ausgestaltet
sein und der Überwachung der
beiden anderen Leit-Einrichtungen 15, 17 dienen. Sie
kann auch einen Heizwiderstand 39 aufweisen oder bilden,
um zur Heizwirkung des Heizstranges 114 beizutragen.
-
Vorzugsweise
ist der Wert des elektrischen Widerstandes mindestens einer Leit-Einrichtung 15, 17, 19 oder
deren Heizwiderstand 35, 37, 39 vom Widerstandwert
mindestens einer weiteren Leit-Einrichtung 15, 17, 19 oder
deren Heizwiderstandes 35, 37, 39 verschieden;
zumindest unter bestimmten Betriebsbedingungen, in bestimmten Schaltzuständen und/oder
zu bestimmten Zeiten. Dadurch lassen sich mittels einer Umschaltung
der Stromverteilung zwischen den verschiedenen Heizwiderständen 35, 37, 39 z.
B. nacheinander verschiedene Heizleistungen einstellen. Dies erlaubt
z. B. eine schnelle Aufheizung mit hoher Leistung in einer Startphase
und eine moderate Beheizung mit niedrigerer Heizleistung im Dauerbetrieb.
Es kann auch eine unterschiedlich hohe Solltemperatur z. B. für verschiedene
Benutzer realisiert werden. Die Heizwiderstände 35, 37, 39 weisen
z. B. einen elektrischen Widerstand auf zwischen 100 Ω/m und 1000 Ω/m. Mindestens
einer liegt vorzugsweise zwischen 100 und 800 Ω/m. Vorzugsweise liegt ein
weiterer zwischen 300 und 500 Ω/m. Dadurch
ergibt sich ein Gesamtwiderstand des Heizstranges 114 je
nach Schaltung zwischen 100 Ω/m und
1000 Ω/m,
besser 100 und 800 Ω/m,
besser 300 und 500 Ω/m,
hier z. B. etwa 300 Ω/m.
-
Mindestens
zwei der Leit-Einrichtungen 15, 17 sind zumindest
anteilig aus dem gleichen Material gefertigt. Vorzugsweise weisen
sie dann unterschiedliche Längen
und/oder Dicken auf, wenn verschiedene Widerstandswerte erzielt
werden sollen. Mindestens zwei der Leit-Einrichtungen 15, 17 können auch zumindest
anteilig aus voneinander verschiedenem Material gefertigt sein.
Sie können
dann z. B. in Länge
und/oder Dicke gleich sein und trotzdem verschiedene Widerstandswerte
erzielen.
-
Vorzugsweise
ist der Heizeinrichtung 110 mindestens eine Schalteinrichtung 118 zugeordnet, um
Richtung und/oder Stärke
des Stromes durch mindestens eine der Leit-Einrichtungen 15, 17, 19 zu verändern. Dadurch
ist z. B. der Strom von einer Leit-Einrichtung 15 mit hohem
Widerstandswert ganz oder teilweise auf eine Leit-Einrichtung 19 mit
niedrigerem oder gleichem Widerstandswert umschaltbar, um den Gesamt-Widerstand
des Heizstranges 114 zu senken. Auch kann z. B. die Stromzufuhr
zu einer Leit-Einrichtung 15 abgeschaltet werden, um bestimmte
Teile des Heizstranges 114 abzuschalten. Die Schalteinrichtung 118 kann
beispielsweise ein Potentiometer, ein Thermostat oder ein Tippschalter sein.
-
Vorzugsweise
ist die Schalteinrichtung 118 in die Heizeinrichtung 110 und/oder
den Inneneinrichtungsgegenstand 1100 integriert. Sie kann
jedoch auch Bestandteil der Bord-Elektronik des Fahrzeuges 1120 sein.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
der Heizeinrichtung 110 gemäß 2 ist vorgesehen, dass
der Heizstrang 114 mindestens eine erste Leit-Einrichtung 15 aufweist,
um Strom in eine Hin-Richtung durch den Heizstrang 114 zu
leiten. Der Heizstrang 114 weist außerdem mindestens eine zweite
Leit-Einrichtung 117 auf, um den Strom zumindest teilweise
wieder zurück
zu leiten. Ist mindestens eine der Leit-Einrichtungen 15, 17 als
PTC-Widerstand ausgeführt, ergibt
sich hierdurch ein einfaches und kostengünstiges System, das keine zusätzliche Temperatur-Regeleinrichtung
benötigt.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
der Heizeinrichtung 110 gemäß 2 unten
ist vorgesehen, dass mindestens zwei Leit-Einrichtungen 17, 19 zur Leitung
des Stromes in derselben Flussrichtung bezogen auf die Längsachse
des Heizstranges 114 zur Verfügung stehen. Sie weisen voneinander
verschiedene Widerstandswerte auf. Der Stromfluss kann hier in einem
ersten Betriebszustand ausschließlich über die erste Leit-Einrichtung 17 zur
Erzielung einer bestimmten Heizleitung geleitet werden. Die zweite Leiteinrichtung 19 kann
hier z. B. geerdet als elektromagnetische Schirmung dienen. Wird
der Stromfluss dann ausschließlich über die
zweite Leit-Einrichtung 19 mit ihrem anderen Wi derstandswert
geleitet, lässt sich
dadurch eine weitere Heizstufe realisieren. Diese Umschaltung kann
auch erfolgen, wenn eine Störung
der ersten Leit-Einrichtung 17 detektiert
wurde. In einer dritten Betriebsstufe kann der Strom gleichzeitig über beide
Leit-Einrichtungen 17, 19 geleitet werden. Hierdurch
ist eine dritte Heizleitung einstellbar.
-
Es
kann vorgesehen sein, dass eine Heizeinrichtung mehreren zu beheizenden
Heizzonen zugeordnet ist. Dafür
kann es vorteilhaft sein, wenn der Heizstrang mehrere und den jeweiligen
Heizzonen zugeordnete Heizabschnitte aufweist. Für eine solche Ausführung ist
zweckmäßig, wenn
die Heizabschnitte voneinander unabhängig bestrombare Leitereinrichtungen
und/oder Heizwiderstände
aufweisen.
-
- 10
- Leiterstrang
- 15,
17, 19
- Leit-Einrichtung
- 20
- Seele
- 30
- Mantelschicht
- 35,
37, 39
- Heizwiderstand
- 110
- Heizeinrichtung
- 112
- Träger
- 114
- Heizstrang
- 118
- Schalteinrichtung
- 120
- Crimp
- 400
- Polster
- 500
- Bezug
- 1000
- Fahrzeug
- 1100
- Inneinrichtungsgegenstand
- 1110
- Sitz
- 1120
- Lenkrad
- 1130
- Armaturenbrett
- 1140
- Armauflage
- 1150
- Türverkleidung
- 1160
- Sitzauflage
- 1170
- Wärmedecke
- 1180
- Fahrzeughimmel