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Die Erfindung betrifft ein textiles Flächenheizelement mit einem textilen Flächengebilde als Basis, in dem Heizleiter eingearbeitet sind, an die im Abstand voneinander angeordnete Kontaktleiter angeschlossen sind, beispielsweise für die Sitzheizung in einem Kraftfahrzeug.
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In der
DE 40 20 580 A1 ist ein elektrisches Flächenheizelement aus netzartiger textiler Maschenware beschrieben, das Heizleiter (Heizfäden) und an die Enden derselben angeschlossene Kontaktleiter aufweist. Dabei sind die Heizfäden, im Wesentlichen parallel zueinander verlaufend, schlingen-, wellen- oder mäanderförmig in den Maschenverbund fest eingearbeitet, um eine bessere Anpassungsfähigkeit an die jeweilige zu beheizende Fläche, insbesondere die jeweilige Sitzform und den Sitzbereich zu erzielen, der beheizt werden soll. Die Kontaktleiter sind dabei in die Maschenware eingebunden und dabei in das textile Garn bei mehreren unmittelbar nebeneinanderliegenden Maschenreihen, vorzugsweise als Metalldraht oder metallische Litzen beilaufend oder dieses teilweise oder völlig ersetzend, eingearbeitet. Die Heizleiter sind ebenfalls metallisch oder aus elektrisch leitenden Kunststofffasern gebildet und haben einen höheren elektrischen Widerstand als die Kontaktleiter, so dass sie sich bei einem Stromdurchgang erwärmen, wodurch das gesamte Flächenheizelement erwärmt wird. Nach der
DE 41 01 290 C2 können auch die Kontaktleiter wellenförmig ausgebildet und dabei auch auf einem Trägerband verlegt sein.
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Die einzelnen Heizleiter müssen die gleiche Länge aufweisen, damit der elektrische Widerstand zwischen den Kontaktleitern gleich ist, um eine gleichmäßige Erwärmung zu erzielen. Sind die Kontaktleiter beispielweise trapezförmig zueinander angeordnet und die Heizleiter parallel zueinander, dabei gegebenenfalls auch wellenförmig, würden die jeweils kürzeren Heizleiter stärker erwärmt werden als die längeren. Eine gleichmäßige Erwärmung wäre also bei nicht parallel angeordneten Kontaktleitern unmöglich. Das bedeutet aber, dass bei der Maßgabe, eine gleichmäßige Erwärmung zu erzielen, die Kontaktleiter parallel zueinander verlaufen und die Heizleiter gleich lang sein müssen.
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Auch wenn, wie in der
DE 41 24 684 A1 beschrieben ist, die Kontaktleiter als flexible Kontaktleiste mit mehreren Einzelleitern ausgebildet ist, ist ein formfreies Zuschneiden eines derartigen Flächenheizelementes nicht möglich. Allerdings wird durch den Einsatz flexibler Kontaktleisten die Gefahr eines Bruches oder Teilbruches einer Kontaktleiste bei extremer Faltenbildung des Flächenheizelementes verringert, wodurch die Gefahr einer punktuellen Überhitzung infolge der Zunahme des elektrischen Widerstandes an der Bruch- oder Teilbruchstelle oder infolge eines Kurzschlusses reduziert wird und damit auch die Gefahr eines Brandes. Für die Gestaltung einer flexiblen Kontaktleiste liefert auch die
DE 10 2005 050 459 B3 einen Beitrag.
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Gegenstand der
DE 201 11 067 U1 ist ein stromleitfähiges Gewirk, insbesondere für eine elektrische Heizung eines Kraftfahrzeugsitzes, das ein elektrisch leitendes, relativ hochohmiges, flexibles Widerstandsmaterial aus Kohlenstofffasern und Metallleiter für die elektrischen Zuleitungen (Kontaktleiter) aus einem niederohmigen Material enthält, wobei diese und die Kohlenstofffasern in das aus Kunststofffäden als Trägermaterial bestehende Gewirk unter Ausbildung eines einheitlichen Teiles mit eingewirkt sind. Das Gewirk bildet eine homogen beheizbare Fläche, die wohl als Meterware preisgünstig herstellbar, aber, aus dem gleichen Grund wie bei dem vorstehend beschriebenen Flächenheizelement, nicht formfrei zuschneidbar ist.
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Das Dokument
DE 1 765 502 A beschreibt einen wärmeabgebenden Gegenstand mit einem elektrisch heizbaren Textilerzeugnis. Einen Teil des Textilerzeugnisses bilden dabei mehrere fadenförmige Widerstandselemente und eine mit den Widerstandselementen verbundene elektrische Leiteranordnung. Die Leiteranordnung umfasst zwei voneinander getrennte Anschlussleiter, die mit einer elektrischen Stromquelle verbunden sind, und mehrere Zwischenleiter, wobei jeder zweite Zwischenleiter mit einem zugeordneten Anschlussleiter verbunden ist.
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In der
DE 202 16 927 U1 ist eine textile Struktur mit eingearbeiteter elektrischer Zuleitung beschrieben. Die textile Struktur umfasst einen oder mehrere nicht leitende textile Bereiche, einen oder mehrere leitende textile Bereiche mit hohem elektrischen Widerstand, einen oder mehrere leitende textile Bereiche mit einem niedrigen elektrischen Widerstand und eine oder mehrere Unterbrechungen.
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Für einige Bereiche im Fahrzeug, insbesondere für die Fahrzeugsitze, ist ein formfreies Zuschneiden von textilen Flächenheizelementen mit homogener Heizleistungsverteilung bzw. Erwärmung wünschenswert. Fahrzeugsitze haben gerundete Formen, besonders die jeweilige Vorderkante des Sitzes und die Seitenwangen der Sitzfläche. Um den unterschiedlichen Formen und Abmessungen des mit einem Flächenheizelement auszurüstenden Fahrzeugsitzes gerecht zu werden, werden die kritischen Gestaltungsbereiche des Flächenheizelementes mit frei gestickten oder gelegten Heizfäden kostenaufwendig versehen, was zudem mit Heizleistungsverlusten in diesen Bereichen einhergehen kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein textiles Flächenheizelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass dieses bei Sicherstellung einer homogenen Erwärmung formfrei zuschneidbar ist und bei dem die Gefahr einer Überhitzung an Bruch- oder Teilbruchstellen beseitigt ist.
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Diese Aufgabe wird mit einem Flächenheizelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Die Erfindung besteht darin, dass bei einem textilen Flächenheizelement, bei dem das textile Flächengebilde mit parallel zueinander verlegten Heizleitern versehen ist, die an im Abstand voneinander angeordnete Kontaktleiter zur Stromzufuhr angeschlossen sind, die Heizleiter über eine Vielzahl von im geringen Abstand voneinander und parallel zueinander in das Flächengebilde eingearbeiteten flexiblen Stromzuführungen an die Kontaktleiter angeschlossen sind, wobei die Polung der Stromzuführungen einander abwechselt. Dabei sind die Stromzuführungen der einen Polung an wenigstens einen Kontaktleiter dieser Polung und die Stromzuführungen der anderen Polung an wenigstens einen zweiten Kontaktleiter letzterer Polung angeschlossen. Die jeweiligen Heizleiter sind mit den Stromzuführungen beider Polungen kontaktiert.
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Das Flächentextilelement kann als Meterware gefertigt werden. Durch die Parallelanordnung der Stromzuführungen und die durch diese gegebene Unterteilung des textilen Flächenheizelementes in schmale streifenförmige Teilflächen kann dieses dann manuell oder maschinell und auch durch Lasern beliebig zugeschnitten werden, da auch dann die Heizleiter infolge der Vielzahl von Stromzuführungen mit Strom versorgt werden. Durch dieses Prinzip der segmentierten Textilheizung werden frei zugeschnittene, insbesondere konvex gestaltete Flächen bis an deren Rand erwärmt, beispielsweise die Seitenwangen der Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes oder auch der vordere Bereich einer Sitzfläche, der durch eine gerundete Vorderkante abgeschlossen ist. Infolge der geringen Abstände der Stromzuführungen sind die Heizleiter kurz und können sich rasch erwärmen, was auch eine erhebliche Komforterhöhung bedeutet.
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Vorteilhaft kommt das Flächenheizelement mit geringeren Teilströmen aus, die über die Stromzuführungen und die Heizleiter geleitet werden. Dadurch können diese sehr dünn ausgeführt werden, was mit einer Erhöhung deren Flexibilität einhergeht. Fließt auf Grund eines Kurzschlusses dennoch ein hoher Strom über den Heizleiter, wird dieser wegen seines geringen Durchmessers zerstört, was gleichbedeutend mit einer Feinsicherung ist. Überdies wird die Gefahr einer zu hohen Erwärmung an möglichen Bruchstellen der Stromzuführungen und Heizleiter gebannt und damit die Gefahr von Bränden. Bei Schäden am Flächenheizelement, beispielsweise durch Einschnitte oder Knickungen, sind die Ausfälle an Heizleistung infolge der vielen parallelen Stromzuführungen gering.
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Die Kontaktleiter können in das Flächenheizelement eingearbeitet sein. Sie können jedoch auch nachträglich an parallel zueinander versetzten Kontaktstellen an beliebigen Positionen des Flächenheizelementes angeordnet werden, dabei jedoch derart, dass alle Stromzuführungen an das Stromnetz angeschlossen sind. Dabei können die Kontaktleiter aber auch außerhalb des eigentlich zu heizenden und oftmals dekorativen Bereiches des Flächenheizelementes angeschlossen werden, so dass in diesem Bereich Abbildungen derselben auf der Sichtseite des Flächenheizelementes vermieden werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Stromzuführungen zur Ausbildung von Kontaktierungsbereichen für die Kontaktelemente in regelmäßigen Abständen an die Oberfläche des Flächengebildes geführt, insbesondere abwechselnd auf dessen Ober- und Unterseite. Die Stromzuführungen können dabei bandartig gestaltet und jeweils aus einer Mehrzahl hochleitfähiger textiler Garne gebildet sein, die nebeneinander in das Flächengebilde eingearbeitet sind. Die dadurch gegebenen Kontaktierungsflächen der Stromzuführungsbänder an der Ober- und Unterseite erleichtern die Kontaktierung derselben durch die Kontaktleiter. Zudem erleichtern sie die Kontaktierung mit den Heizleitern, die rechtwinklig zu den Garnen in die Stromzuführungsbänder einarbeitbar sind und eingearbeitet werden und mit diesen eine Art Pressverbindung eingehen, dadurch also zuverlässig kontaktiert sind. Dabei sind die Heizleiter, vorzugsweise elektrisch leitende Garne, jeweils von einem Kontaktierungsbereich einer Stromzuführung der einen Polung zu dem auf der anderen Seite des Flächengebildes ausgebildeten Kontaktierungsbereich der benachbarten Stromzuführung mit der anderen Polung geführt, dabei rechtwinklig zu diesen und im gleichen Abstand voneinander.
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Zur weiteren Verbesserung der gleichmäßigen Stromverteilung und dadurch schnelleren und gleichmäßigeren Wärmeverteilung in dem Flächenheizelement sind die Stromzuführungen der gleichen Polung durch Stromverteilungsleiter, vorzugsweise jeweils aus einem elektrisch hochleitfähigen Garn bestehend, elektrisch miteinander verbunden. Diese Stromverteilungsleiter sind insbesondere im rechten Winkel zu den Stromzuführungen angeordnet und verbinden die parallel zueinander angeordneten Kontaktierungsbereiche der Stromzuführungen der jeweiligen Polung. Diese Ausbildung des Flächenheizelementes erhöht die Variabilität des formfreien Zuschneidens, da durch einen Zuschnitt unterbrochene Stromzuführungen auf der der Stromzuführung abgewandten Seite über die Stromverteilungsleiter mit Strom versorgt werden. Damit wird ein zuschnittsbedingter Ausfall eines Heizbereiches verhindert. Auch bleibt ein Ausfall einer Heizfläche infolge einer lokalen Beschädigung des Flächentextilelementes lokal sehr eng begrenzt. Zudem führt die Einarbeitung von Stromverteilungsleitern zur Senkung der Stromdichten und damit auch zur Reduzierung der Gefahr von Bränden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen schematisch:
- 1: einen Abschnitt eines textilen Flächengebildes mit eingearbeiteten Stromzuführungsbändern und Heizdrähten,
- 2: einen formfreien Zuschnitt aus diesem, mit Kontaktleitern,
- 3: den Verlauf der Stromzuführungen in perspektivischer Ansicht mit einem Heizfaden,
- 4: den Verlauf des Heizfadens zwischen den Stromzuführungsbändern und
- 5: ein Stromzuführungsband mit eingearbeiteten Heizfäden.
- 6: den Verlauf der Stromzuführungen nach 3 mit eingearbeiteten Stromverteilungsleitern,
- 7: ein Stromführungsgerippe für ein textiles Basisflächengebilde,
- 8: einen Schnitt durch das Stromführungsgerippe mit zwei nebeneinander angeordneten Stromzuführungen unterschiedlicher Polarität,
- 9: einen frei zugeschnittenen Bereich mit konvex gewölbtem Endabschnitt und
- 10: einen frei zugeschnittenen Bereich mit zwei konkav gewölbten Einschnitten.
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In 1 ist der Abschnitt eines als Meterware hergestellten textilen Flächenheizelementes 1 mit einem nicht weiter dargestellten gewebten Flächengebilde aus Kunstfasern als Basis in der Draufsicht gezeigt. Dieses weist eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten flexiblen Stromzuführungsbändern 2 auf, die jeweils aus mehreren parallel zueinander verlaufenden, elektrisch hochleitfähigen textilen Garnen gebildet sind und eine Breite von 5 mm aufweisen. Der Abstand der eingewebten Stromzuführungsbänder 2 voneinander beträgt jeweils 10 mm. Diese Stromzuführungsbänder 2 sind zur Ausbildung von Kontaktierungsbereichen 4 abwechselnd und in regelmäßigen Abständen auf die Ober- und die Unterseite des Flächengebildes geführt, wobei die ausgebildeten Kontaktierungsbereiche 4 benachbarter Stromzuführungsbänder 2 versetzt zueinander an die jeweilige Oberfläche geführt sind. Die Stromzuführungsbänder 2 sind über dünne Heizfäden 3, insbesondere elektrisch leitende Garnen aus einer Polyamidseele und einer leitfähigen Beschichtung gebildet, elektrisch miteinander verbunden, die rechtwinklig zu diesen (2) in das Flächengebilde eingewebt und auf diese Weise mit diesen (2) gleichsam pressverbunden sind. Dabei sind diese (3) im gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet und verbinden sämtliche nebeneinander angeordnete Kontaktierungsbereiche 4 der Stromzuführungsbänder 2 miteinander.
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2 zeigt einen Zuschnitt eines Flächenheizelementes 1 zur Anordnung in der Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes, der in der Anordnung auf der Sitzfläche abgedeckt ist, beispielsweise durch eine Schaumstoffschicht und einen Lederbezug (nicht dargestellt). Die Stromzuführungsbänder 2 sind zur Stromversorgung mit metallischen flexiblen Kontaktbändern 5 und 6 unterschiedlicher Polung elektrisch verbunden, derart, dass diese (5, 6) die auf der Oberseite des Flächenheizelementes (1) ausgebildeten Kontaktierungsbereiche 4 quer zum Verlauf der Stromführungsbänder 2 elektrisch kontaktieren, insbesondere mit diesen (4) verschweißt sind. Dadurch wird jedes zweite Stromzuführungsband 2 mit dem Kontaktband 5 und, versetzt dazu, das jeweils benachbarte Stromzuführungsband 2 mit dem Kontaktband 6 verbunden, so dass die jeweils benachbarten Stromzuführungsbänder 2 unterschiedlich gepolt sind.
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Es ist ersichtlich, dass jeweils die Bereiche des Zuschnitts bestrom- und beheizbar sind, die zwischen Stromzuführungsbändern 2 ausgebildet sind, also jeder Zuschnittsbereich, der wenigstens zwei Stromzuführungsbänder 2 und zwischen diesen wenigstens einen Heizfaden 3 aufweist, beispielsweise der Bereich der Vorderkante VK des Zuschnitts. Die Randbereiche des Zuschnitts, die zuschnittsbedingt jeweils außerhalb eines Stromzuführungsbandes liegen, werden nicht bestromt und sind daher auch nicht beheizbar. Die Kontaktbänder 5, 6 können dabei an jedem anderen Bereich des Flächenheizelementes 1 mit den Stromzuführungsbändern (2) kontaktiert sein, so dass auch der Stromanschluss am Zuschnitt variabel ist.
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In den 3 bis 5 ist die Anordnung der stromführenden Elemente (2, 3, 5/ 6) verdeutlicht. 3 zeigt die Anordnung der Stromzuführungsbänder 2 in einer perspektivischen Ansicht. Es ist zu erkennen, dass diese (2) jeweils von der Ober- zur Unterseite des textilen Flächengebildes 7 (4) geführt und dass benachbarte Stromzuführungsbänder 2 versetzt zueinander angeordnet sind.
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In 4 ist ein Schnitt durch das textile Flächenheizelement 1 mit der Anordnung nach 3 im Bereich eines Heizfadens 3 und mit einem Kontaktband (5) gezeigt, das mit den zur Oberseite des Flächengebildes geführten Stromzuführungen 2 kontaktiert ist. Die Heizfäden 3 sind dabei jeweils von einem an der Oberseite befindlichen Bereich einer Stromzuführung 2 zu dem an der Unterseite befindlichen Bereich der benachbarten Stromzuführung der jeweils anderen Polung durch das Flächengebilde 7 geführt.
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Schließlich zeigt 5 einen Abschnitt eines Stromzuführungsbandes 2, das aus sechs parallel zueinander angeordneten hochleitfähigen textilen Garnen 8 gebildet ist. In diesen Abschnitt sind zwei Heizfäden 3 eingewebt (1 und 2) und dadurch mit den Garnen 8 elektrisch verbunden.
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In 6 ist eine weitere Stromverteilungsanordnung für ein textiles Flächengebilde dargestellt. Bei diesem sind die Stromzuführungsbänder 2 der gleichen Polung (+, -) an den parallel zueinander angeordneten Kontaktierungsbereichen 4 durch Stromverteilungsleiter 9 aus einem hochleitfähigen Garn elektrisch miteinander verbunden, wobei die zwischen diesen angeordneten Stromzuführungsbänder 2 der jeweils anderen Polung nicht kontaktiert werden. Dieses ist schematisch anhand jeweils eines Stromverteilers 9 gezeigt. Hingegen sind die Heizfäden 3, wie auch in 3 dargestellt, jeweils von einem Kontaktierungsbereich 4 einer Stromzuführung der einen Polung (+) zu dem auf der anderen Seite des Flächengebildes 7 ausgebildeten Kontaktierungsbereich 4 der benachbarten Polung (-) geführt. Die Stromverteilungsleiter 9 sind, wie auch die Heizfäden 3, im rechten Winkel zu den Stromzuführungsbändern 2 angeordnet. In den 7 und 8 ist der Ausschnitt aus einem um weitere Heizfäden 3 und Stromverteilungsleiter 9 ergänzten Stromversorgungsgerippe in einem textilen Basisflächengebilde (nicht dargestellt) gezeigt. An jedem Kontaktierungsbereich 4 einer Polung auf einer Seite des Basisflächengebildes sind jeweils zwei Stromverteilungsleiter 9 und beidseits derselben jeweils zwei Heizfäden 3 kontaktiert, wobei die Heizfäden 3 dann das Basisflächengebilde durchdringen und mit dem nächsten Kontaktierungsbereich 4 des benachbarten Stromzuführungsbandes 2 kontaktiert sind. 8 soll diesen Verlauf anhand eines Schnittes parallel zu zwei Stromzuführungsbändern 2 verdeutlichen.
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Schließlich zeigen die 9 und 10 Zuschnitte eines mit zusätzlichen Stromverteilungsleitern 9 versehenen textilen Flächenheizelementes. Bei dem in 9 gezeigten Zuschnitt wird der gesamte Bereich zwischen den beiden äußeren Stromzuführungsbändern 2 beheizt, aber auch weitgehend der Bereich mit der konvexen Vorderkante. Bei dem Zuschnitt nach 10 sind die beiden äußeren Stromzuführungsbänder 2 zuschnittsbedingt unterbrochen. Ausgehend von der Annahme, dass die Kontaktierungsbänder 5 und 6 (2) oberhalb der konkaven Ausnehmungen 10 angeordnet sind, würden die äußeren Stromzuführungsbänder 2 durch die ausnehmungsbedingte Unterbrechung unterhalb der Ausnehmungen 10 nicht mit Strom versorgt werden können, wenn keine Stromverteilungsleiter 9 vorhanden wären. Durch die Anordnung von Stromverteilungsleitern 9 zwischen den Stromzuführungsbändern 2, jeweils abwechselnd die Kontaktierungsbereiche 4 der jeweils anderen Polung verbindend, wird der jeweils unterhalb der Ausnehmung 10 angeordnete Abschnitt des jeweiligen Stromzuführungsbandes 2 jedoch mit Strom versorgt, so dass die Heizfäden 3 ebenfalls bestromt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flächenheizelement
- 2
- Stromzuführungsband
- 3
- Heizfaden
- 4
- Kontaktierungsbereich
- 5
- Kontaktband
- 6
- Kontaktband
- 7
- Flächengebilde
- 8
- Garn
- 9
- Stromverteilungsleiter
- VK
- Vorderkante
