DE102009009425A1

DE102009009425A1 - Elektrische Heizvorrichtung

Info

Publication number: DE102009009425A1
Application number: DE200910009425
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Schaeffer
Original assignee: WET Automotive Systems AG
Current assignee: WET Automotive Systems AG
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-09-16

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Heizwiderstand (6), der mindestens zwei längliche, zumindest abschittsweise nebeneinander verlaufende Leiter (6a) aufweist. Es ist vorgesehen, dass mindestens ein Leiter (6a) zumindest teilweise von einer Widerstandsschicht (16) bedeckt ist, die einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist als zumindest ein Teil des Leiters (6a), der von der Widerstandsschicht (16) bedeckt ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Heizeinrichtung.
Stand der Technik
Es ist bekannt, hierzu Heizwiderstände aus Kupferdraht zu benutzen, allerdings ist deren Beständigkeit gegen mechanische Belastung in vielen Fällen nicht ausreichend, selbst wenn man eine Vielzahl von Filamenten vorsieht, um die Belastung besser zu verteilen.
Stahl-Heizlitzen zeichnen sich durch sehr gute Dauerbiegefestigkeit aus, sind jedoch aufgrund des relativ hohen spezifischen elektrischen Widerstandes des Stahls nur bedingt als Heizlitze einsetzbar. Für Stahl-Heizlitzen mit elektrischem Widerstand von ca. kleiner 3 Ω/m sind Verbunde mit z. B. Kupfer oder leitfähigen Kupferlegierungen erforderlich.
Um Hot Spots in Folge des Bruches eines Teils der Filamente eines Drahtverbundes zu vermeiden, werden Heizlitzen-Filamente aus Kupfer mit Dicken größer 0,050 mm häufig mit einem Lack einzeln elektrisch isoliert. Bei den sehr dünnen Stahlfilamenten (< 0,050 mm) ist es technisch aber sehr aufwendig bis nicht möglich eine ausreichende, gleichmäßige Lackisolierung aufzubringen, die ausreichend getrocknet bzw. ausgehärtet werden kann, ohne dass die Einzelfilamente zusammenhaften, bei Biegung die Lackschicht beschädigt wird und/oder die Flexibilität der gesamten Heizlitze beeinträchtigt wird.
Es wird jedoch erwartet, dass elektrische Heizelemente die gewünschte Heizleistung erbringen, zu akzeptablen Preisen herstellbar sind, und dass keine Gefährdung von ihnen ausgeht. Daher besteht Bedarf an technischen Lösungen, die eine oder mehrere dieser Anforderungen angemessen erfüllen.
Gegenstand der Erfindung
Vor diesem Hintergrund wird ein technisches Konzept mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar.
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. Wenn ein Merkmal zumindest teilweise zu erfüllen ist, so schließt dies ein, dass dieses Merkmal auch vollständig erfüllt ist oder im Wesentlichen vollständig erfüllt ist. „Im Wesentlichen” bedeutet dabei insbesondere, dass die Umsetzung eine Erzielung des erwünschten Nutzens in erkennbarem Ausmaß erlaubt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass ein entsprechendes Merkmal zu mindestens 50%, 90%, 95% oder 99% erfüllt ist. Ist eine Mindestmenge angegeben, so kann selbstverständlich auch mehr als diese Mindestmenge verwendet werden. Was für ein Objekt beschrieben ist, kann auch auf den überwiegenden Teil oder die Gesamtheit aller anderen artgleichen Objekte angewandt werden. Sofern nichts anderes angegeben ist, schließen Intervalle ihre Randpunkte mit ein.
Beschreibung der Erfindung
1 zeigt einen zu temperierenden Gegenstand 100. Darunter fallen insbesondere alle von Personen berührten Objekte bzw. Oberflächen, wie z. B. Inneneinrichtungsgegenstände von Häusern, Liegen, Polster, Inneneinrichtungsgegenstände eines Luft-, Wasser-, Land-, Schienen-, oder Kraftfahrzeugs wie z. B. ein Armaturenbrett, eine Türverkleidung, eine Sitzauflage, ein Fahrzeughimmel, ein Polster, ein Bezug oder gemäß 1 ein Sitz 100' oder eine Armauflage 100''.
Mindestens eine elektrische Heizeinrichtung 1 ist mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand 6 ausgestattet.
Mindestens ein elektrischer Heizwiderstand 6 ist vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Material gefertigt, dessen Zusammensetzung zumindest Anteile von Eisen und/oder Stahl enthält. Mindestens ein elektrischer Heizwiderstand 6 ist vorzugsweise so geformt, dass er einen möglichst großen Teil einer zu beheizenden Fläche überstreicht und möglichst flexibel und elastisch ist, um mechanischen Belastungen zu folgen oder auszuweichen. Zweckmäßig ist, wenn der Heizwiderstand strangförmig gestaltet ist und zwei oder mehr Einzelstränge aufweist. Diese können in einem gleichartigen Muster nebeneinander oder ineinander greifend verlaufen (2). Sie können aber auch so angeordnet sein, dass einzelne Leiter einen Großteil der mechanischen Last tragen und andere Leiter um erstere Leiter herumgewunden sind.
Um mechanische und chemische Beständigkeit zu optimieren, können unterschiedliche Arten von Leitern 6a miteinander kombiniert werden, z. B. Stahlleiter (insbesondere im Inneren des Heizwiderstandes 6) mit kupferhaltigen Strängen (insbesondere im Außenbereich des Heizwiderstandes 6).
Vorzugsweise werden ein oder mehrere Leiter 6a elektrisch voneinander isoliert bzw. der Übergangswiderstand ist so stark erhöht, dass im Falle von Brüchen einzelner Leiter 6a keine Hot Spots entstehen.
Hierzu wird mindestens ein Leiter 6a zumindest teilweise mit einer Widerstandsschicht 16 überzogen.
Dazu können folgende, vorzugsweise kontinuierliche Verfahren eingesetzt werden:

– Brünierung (Behandlung mit Salzlösung oder -schmelze)
– Anodisches Oxidieren (elektrolytisches, anodisches Oxidieren)
– Phosphatierung (Behandlung mit Phosphorsäure)
– Nitrieren oder Nitrocarburieren (Behandlung mit stickstoffabgebenden Verbindungen oder stickstoff- und kohlenstoffabgebenden Verbindungen)
– Oxalieren (Behandlung mit Oxalsäurelösung)

Als weitere Verfahren zur Isolation der Heizlitzen-Einzelfilamente können Öle wie z. B. sehr gut haftendes Silikonöl, Fette oder andere flüssige, gut haftende, gut benetzende organische oder anorganische Verbindungen wie z. B. Alkohole oder Molybdänsulfid (MoS) eingesetzt werden. Letztgenanntes kann auch im thermischen Verfahren zu Eisensulfid und Molybdän umgesetzt werden. Bei allen genannten Verfahren kann zusätzlich zum Schutz eine Kunststoff-Außenisolationsschicht aufextrudiert werden. Bei den oben genannten Verfahren bildet sich auf den einzelnen Stahl-(Kupfer)-Heizlitzenfilamenten eine Isolationsschicht mit geringer elektrischer Leitfähigkeit aus Eisenoxiden, Eisenphosphat, Eisennitrid mit ggf. eingelagertem Kohlenstoff, Eisenoxalat oder aus den weiteren genannten Verbindungen.
Das Verfahren des Nitrierens erhöht die Oberflächenhärte der einzelnen Filamente; das Oxalieren und die Oberflächenbenetzung mit z. B. Silikonölen verbessert auch die Gleiteigenschaften zwischen den Einzelfilamenten.

1: Heizeinrichtung
6: Heizwiderstand
6a: Leiter
16: Widerstandsschicht
100: Zu temperierender Gegenstand
101: Sitz
102: Armauflage

Claims

Heizwiderstand (6), der mindestens zwei längliche, zumindest abschnittsweise nebeneinander verlaufende Leiter (6a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leiter (6a) zumindest teilweise von einer Widerstandsschicht (16) bedeckt ist, die einen höheren spezifischen elektrischen Widerstand aufweist, als zumindest ein Teil des Leiters (6a), der von der Widerstandsschicht (16) bedeckt ist.
Heizwiderstand (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Widerstandsschicht (16) und im von dieser Widerstandsschicht (16) bedeckten Leiter (6a) zumindest teilweise die gleichen chemischen Bestandteile enthalten sind, insbesondere Kupfer, Eisen und/oder Kohlenstoff.
Heizwiderstand (6) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandsschicht (16) zumindest teilweise gebildet ist aus mindestens einem der folgenden Bestandteile: Salz, Oxid, Phosphat, Nitrit, Nitrocarburit, Oxalsäuresalz, Öl, Fett, Silikonöl, Alkohol, Molybdän, Sulfid, Eisensulfid.
Heizeinrichtung (1), insbesondere Sitzheizung, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Heizwiderstand (6) nach einem der voranstehenden Ansprüche aufweist.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es versehen ist mit mindestens einer Heizeinrichtung (1) und/oder einem Heizwiderstand (6) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung eines Heizwiderstandes (6) oder einer Heizeinrichtung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein darin enthaltener Leiter (6a) zumindest teilweise mindestens einem der folgenden Verfahrensschritte unterworfen wird: Brünieren, Oxidieren, Anodisches Oxidieren, Phosphatieren, Nitrieren, Nitrocarburieren, Oxalieren, Beschichten mit Öl, Silikon, Silikonöl, Alkohol, Molybdänsulfit, Molybdän.