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Die
Erfindung betrifft ein heizbares, flexibles Flächengebilde,
welches ein flexibles, flächiges Widerstands-Heizelement
aus elektrisch leitfähigem Material und mindestens zwei
mit dem Widerstands-Heizelement verbundene, voneinander beabstandete,
ggf. ebenfalls flächige Elektroden zum Einspeisen von elektrischem
Strom in das Widerstands-Heizelement aufweist.
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Flächengebilde
mit elektrisch leitfähigen flächigen Elementen
sind bekannt und werden, sofern sie mit Elektroden verbunden sind
und mit Strom beaufschlagt werden können, im Wesentlichen
als Heizelemente genutzt. Auch sind in benachbarten Fachgebieten
andere Anwendungen im Zusammenhang mit flächigen, leitfähigen
Elemente für andere Funktionen bekannt, etwa zur elektromagnetischen
Abschirmung oder auch als flächige Leiterbahnen für
Signalelemente in Folien, jedoch stellt sich gerade bei flächigen
Heizungen aufgrund der dort benötigten Stromstärken
eine besondere Herausforderung im Hinblick auf die Verbindung der
Zuleitungselektroden mit dem Widerstands-Heizelement.
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Die
DE 10 2007 042 644
A1 offenbart eine Kontaktierung von als Band ausgeführten
Elektroden an ein elektrisch leitfähiges, flexibles Flächengebilde, wobei
die Fixierung der Elektroden auf dem leitfähigen, flächigen
Träger mit Hilfe von Nähten erfolgt, die zu einem
Anpressen der Elektrode an eine elektrisch leitfähige Beschichtung
des Trägers führen sollen. Diese Art der Kontaktierung
hat den Nachteil, dass die Innigkeit des Kontaktes den Übergangswiderstand
bestimmt. Wird die Vernähung nicht fest genug ausgeführt
oder lösen sich die Nähte infolge von Beschädigungen
oder Fadenermüdung, ist eine ausreichende Leitfähigkeit
im Kontaktbereich nicht mehr gegeben und die Heizwirkung des Flächengebildes wird
geschwächt oder geht verloren.
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Insbesondere
bei der Verwendung der Folie als Sitzheizung im Automobil, d. h.
unter dynamischen und klimatischen Belastungen und über
eine längere Zeit, kann eine solche Dauerbelastung Funktionsveränderungen
im Betrieb einer Sitzheizung führen.
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Das
Aufnähen hat zudem den Nachteil, dass lokal unter der Naht,
d. h. unter dem jeweiligen in Kontakt stehenden Draht (Punktauflage)
ein hoher Druck mit einem niedrigen Übergangswiderstand entsteht,
wohingegen zwischen den Nähten ein niedrigerer Druck mit
einem deutlich höheren Übergangswiderstand besteht,
da hier die Elektrode weniger stark gegen die leitfähige
Beschichtung gepresst wird. Dadurch entsteht entlang der Elektrode
eine Ungleichmäßigkeit der elektrischen Übergangswiderstände,
so dass dieses auch Auswirkungen auf die Homogenität der
Heizleistung des textilen Flächengebildes hat.
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Für
die Erfindung bestand also die Aufgabe, ein heizbares Flächengebilde
mit einer verbesserten Kontaktierung zu den Elektroden zu schaffen,
wobei das Flächengebilde als flexible und belastbare Flächenheizung
eingesetzt werden kann, insbesondere auch in Fahrzeuginnenräumen,
wobei die Kontaktierung sicher und dauerfest ist und auch bei hoher Strombelastung
eine Schädigung oder Überhitzung der Kontaktbereiche
vermeidet und den Übergangswiderstand reduziert.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere
vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Ebenfalls
offenbart sind ein Innenverkleidungsteil für ein Fahrzeug
und ein Fahrzeugsitz mit einem solchen heizbaren Flächengebilde.
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Dabei
sind zur Verbindung der Elektroden mit dem Widerstands-Heizelement
Klammern oder Klemmen mit gegeneinander wirkenden Klemmbacken vorgesehen,
die die jeweilige Elektrode – und natürlich auch
Teile des Widerstands-Heizelement – umgreifen und die Elektrode
kraft- und/oder formschlüssig auf das Widerstands-Heizelement
pressen. Dies kann – beispielsweise im Falle der kraftschlüssigen
Pressung – durch eine federnde Klemmung oder – bei
einer formschlüssigen Pressung – durch eine Rast-Klemmung
oder Zahnung erreicht werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Ausbildung des Flächengebildes
entsteht eine sehr einfache Möglichkeit der Kontaktierung
ohne aufwändige zusätzliche Arbeitsgänge
wie das Verkleben oder Vernähen von Elektroden. Gleichermaßen
ergibt sich eine sehr flexible Positionierung der Elektroden, da
durch die Klemmung Toleranzen bei der Fertigung und bei der Montage
leicht ausgeglichen werden können. Auch kann die Positionierung
der Elektroden sehr leicht korrigiert werden.
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Die
Art der Kontaktierung ist darüberhinaus durch ihre im Vergleich
zu anderen Befestigungsarten robuste Klemmung unempfindlich gegenüber
dynamischen und klimatischen Belastungen und natürlich
auch gegenüber Alterungseffekten. Darüberhinaus
gewährt die erfindungsgemäße Ausbildung
eine gleichmäßige Kontaktierung über
die gesamte Elektrodenlänge über den Anpressdruck
der Feder oder Klammer.
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Die
Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo dekorative Innenraummaterialien
eingesetzt werden (Transportwesen, Schiffbau, Möbel etc.),
sowie im modisch technischen Bereich (Schuhe, Taschen, Bekleidung
etc.), also generell auch überall dort, wo Textilien beschichtet
werden.
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Weiterhin
sind auch festere Verbundwerkstoffe mit der erfindungsgemäßen
Zusammensetzung denkbar, beispielsweise für Fußbodenheizungen.
Weiterhin ist die Erfindung überall dort einsetzbar, wo
textile elektrisch leitfähige Flächenheizungen eingesetzt
werden können, z. B. in Wohnbereichen als Tapetenheizungen.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass das Widerstands-Heizelement
mit einem flächigen Trägermaterial aus nichtleitfähigem
Material verbunden ist. Damit kann die Festigkeit des gesamten und
aus dem flächigen Widerstands-Heizelement aus elektrisch
leitfähigem Material und aus einem widerstandsfähigem
flächigen Trägerelement bestehenden Verbundsystems
für viele Anwendungszwecke angepasst werden, etwa im Bereich
von strapazierten Innenverkleidungen von Fahrzeugen, oder bei den
genannten Fußbodenheizungen, bei Belägen für
frostgefährdete Straßen oder Brückenbereiche etc.
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Eine
weitere einfach und besonders preiswert mit üblichen Maschinen
herzustellende vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Widerstands-Heizelement
als Geflecht oder Gewirke aus metallisch Drähten oder Filamenten
ausgebildet ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Widerstands-Heizelement
als Schicht oder Folie aus elektrisch leitfähigem Material ausgebildet
ist. Insbesondere bei komplizierten Formen oder dann, wenn das Einbinden
von Metallfilamenten unerwünscht ist, eignen sich solche
Beschichtungen aus leitfähigem Material, wie sie an sich
aus dem Stand der Technik bekannt sind, etwa als in einer Kunststoffmatrix
aufgebrachte aufgeschlämmte Metallpulver oder als Pulver
aus mit Partikeln mit Kern-Schale-Morphologie, wobei die Schale
leitfähig ist. In diesem Sinne besteht also eine weitere
vorteilhafte Ausbildung darin, dass Widerstands-Heizelement als
Schicht aus einem leitfähigen Polymer ausgebildet ist,
nämlich einem Polymer, in welches leitfähige Partikel
in ausreichender Menge eingebracht sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Widerstands-Heizelement
gitterförmig ausgebildet ist, beispielsweise als gitterförmige Beschichtung
aus leitfähigem Polymer, da hierdurch die Flexibilität
der leitfähigen Beschichtung erhöht wird, die
Menge an leitfähigem Material reduziert wird und die Widerstandsleitung
auch durch die geometrische Ausbildung der Gitterstege genau und
sogar bereichsweise unterschiedlich eingestellt werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Elektrode
als Teil mindestens einer Klemmbacke ausgebildet ist. Damit vereinfacht
sich die Konstruktion insofern, als die Klemmbacken gleichzeitig
als Elektrode dienen und keine gesondert leitende Stäbe,
Folien oder Platten als Elektroden eingesetzt werden müssen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Elektrode
als Bandelektrode ausgebildet – d. h. mehr breit als hoch,
also flach ausgeführt ist – und mit den Klemmbacken
auf das Widerstands-Heizelement aufgepresst ist. Durch solch eine
separate Elektrode kann z. B. das leitfähige Material der
Elektrode im Hinblick auf Leitfähigkeit und Festigkeit
auf den jeweiligen Einsatzzweck genau angepasst werden. Wo beispielsweise
bei der flächigen Heizung in einem Astronauten-Anzug eine
Bandelektrode aus einem dünnen Aluminiumstreifen ausreicht,
ist bei einer großflächigen textilen Wandheizung
ggf. bereits ein mehrere Zentimeter breiter Kupferstreifen angebracht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Bandelektrode
einseitig auf das Widerstands-Heizelement aufgepresst ist. Hierdurch
ergibt sich eine besonders einfach herzustellende Möglichkeit
der Kontaktierung des erfindungsgemäßen Flächengebildes.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass das Widerstands-Heizelement
die Bandelektrode mehrseitig kontaktiert, d. h. um die Bandelektrode „geschlagen” ist
und somit das Widerstand-Heizelement die Bandelektrode umschlingt und
beidseitig an letztere angepresst ist. Dies erhöht natürlich
die zur Verfügung stehende Kontaktfläche und reduziert
deutlich den Übergangswiderstand, erlaubt somit auch die Übertragung
höherer Stromstärken.
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Die
Elektrode befindet sich nach teilweisem Umschlagen des flexiblen
Widerstands-Heizelementes – ggf. eines mit Trägers
versehenen flexiblen Widerstands-Heizelementes – zwischen
den beiden Oberflächen des flexiblen Widerstands-Heizelementes,
wobei eine Klammer beide Oberflächen an die Elektrode presst.
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Dabei
können – als weitere vorteilhafte Ausbildung – auch
auf einer oder auf beiden Seiten der Elektrode noch zusätzlich
Schichten zur Ausbildung eines größeren Abstandes
der beiden Oberflächen des flexiblen Widerstands-Heizelementes
eingebracht werden, wobei zumindest eine Seite der Elektrode natürlich
elektrisch leitfähig ausgelegt sein muss. Diese Ausbildung
mit weiteren eingelegten Schichten oder Bändern hat den
zusätzlichen Vorteil, dass im Falle des Umschlagens die
Knickkante des flexiblen Widerstands-Heizelementes und oder des Trägermateriales
entschärft werden kann, in dem die Dicke der Elektrode
so gewählt wird, dass der Radius an der Knickkante ausreichend
groß ist, dass die Leitfähigkeit des flexiblen
Widerstands-Heizelementes durch einen zu scharfen Knick nicht beschädigt wird.
Der gleiche Effekt kann auch dadurch erreicht werden, dass die eingelegte
Elektrode vor dem Zusammenpressen mit einem leitfähigem
oder nicht leitfähigem Material unter- oder überfüttert
wird
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Diese
Ausführung setzt sich fort in und wirkt zusammen mit einer
weiteren vorteilhaften Ausbildung, die darin besteht, dass die Elektrode
mehrschichtig aufgebaut ist und neben einer Schicht aus leitfähigem
Material mindestens eine Träger- oder Zusatzschicht aufweist.
Dabei kann zur Verbesserung der Kontaktierung ein zusätzliches
elektrisch leitfähiges Band aus Metall, mit Metallbestandteilen, aus
leitfähigen Textilien, aus Kohlefasern, mit Kohlefaserbestandteilen,
oder mit leitfähigen Kunststoffen, Kunststoffzubereitungen
mit leitfähigen Additiven oder Klebstoffen so eingelegt
werden, dass dieses Band durch den Druck der Feder oder Klammer
mit der Elektrode zusammengepresst wird.
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Eine
weitere vorteilhafte, weil besonders einfach herzustellende Ausbildung
besteht darin, dass die Klammer oder Klemme als Federklammer ausgebildet
ist.
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Weiterhin
können die Klammern auch in der Art einer breiten „Krokodilklemme” ausgelegt
werden, wobei die Breite der Klammern günstiger weise der
gewünschten Kontaktlänge der Elektroden auf dem
flexiblen leitfähigen Träger entspricht. Die Kontaktbreite
der Elektroden kann über die Breite der Druckfläche
der Klammern bestimmt werden. Damit sind die Klemmen oder Klammern – neben
einer Ausführung mit glatten Pressflächen – mit
einer speziell geformte Oberflächen der Klembacken versehen. Bevorzugt
sind hier in einer weiteren vorteilhafte Ausbildung Klemmbacken
deren kontaktierenden Klemmflächen Verklammerungsprofile
aufweisen, wie etwa Zacken, Zähne, erhöhte Rauigkeiten
oder Vorsprünge, oder sonstige gezackte Oberflächen,
die die Klammer zusätzlich auch gegen ein Verrutschen schützen.
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Die
Kontaktierung über spezielle Klammern kann natürlich
auch zusätzlich zu anderen Kontaktierungsverfahren durchgeführt
werden. So können Elektroden, die beispielsweise aufgenäht,
eingenäht, aufgelötet, gecrimpt, oder (mit einem
leitfähigen Klebstoff) aufgeklebt sind, zusätzlich über
die erfindungsgemäße Ausbildung des flexiblen
Widerstands-Heizelementes kontaktiert werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Elektroden
mit dem flächigen Trägermaterial verbunden sind,
wobei z. B. die Elektroden bereits in einer Mittelkonsole eines
Fahrzeugs eingeschäumt sind. Dabei können in einem
Träger für das flexible elektrisch leitfähige
Widerstands-Heizelement bereits Elektroden eingelassen sein, wobei
bei der Montage speziell ausgeführte Klammern das Widerstands-Heizelement
gegen diese Elektroden pressen. So können diese Elektroden
beispielsweise in einem aus Kunststoff gespritzten Träger
für eine Mittelkonsole oder Türseite vorhanden
sein, wonach dieser Träger dann mit dem leitfähigem
Widerstands-Heizelementversehen wird und die Kontaktierung in einem
später nicht sichtbaren Bereich über Klammern
oder Federn erfolgt.
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Möglich
ist nach einer Kontaktierung eines elektrisch leitfähigen
textilen Widerstands-Heizelement auch das nachfolgende Hinterschäumen,
Hinterspritzen oder Hinterpressen desselben, so dass die kontaktierte
Fläche dann eingeschlossen ist.
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Möglich
ist es bei dem erfindungsgemäßen heizbaren Flächengebilde
auch, dass mehr als zwei Elektroden an das leitfähige flexible
Widerstands-Heizelement angeschlossen werden.
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Besonders
geeignet sind solche heizbaren Flächengebilde als Innenverkleidungsteile
für ein Fahrzeug oder auch in der Verwendung für
einen Fahrzeugsitz mit Sitzheizung.
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Anhand
eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher
erläutert werden. Es zeigen
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1 ein
erfindungsgemäßes Flächengebilde
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2 die
Kontaktierung des erfindungsgemäßen Flächengebildes
gemäß
-
1
-
3 eine
weitere Ausführung der Kontaktierung des erfindungsgemäßen
Flächengebildes
-
4 eine
andere Ausführung der Kontaktierung des erfindungsgemäßen
Flächengebildes mit zusätzlicher Träger-
bzw. Verstärkungsschicht
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5 eine
weitere Ausführung der Kontaktierung des erfindungsgemäßen
Flächengebildes mit einer Federklammern aus Kunststoff
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6 eine
andere Ausführung der Kontaktierung des erfindungsgemäßen
Flächengebildes in Form einer Krokodilklemme
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7 eine
andere Ausführung der Kontaktierung des erfindungsgemäßen
Flächengebildes mit Verschlussklammer und Clip-Mechanismus
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8 eine
andere Ausführung der Kontaktierung des erfindungsgemäßen
Flächengebildes Verschlussring und Rastsicherung
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Die 1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Flächengebilde 100,
welches aus einem flexiblen, flächigen Widerstands-Heizelement 1 aus
elektrisch leitfähigem Material und aus einem elektrisch
nicht leitfähigem flächigen Träger 2 besteht.
Das flexibles, flächiges Widerstands-Heizelement 1 ist
hierbei als gitterförmige Beschichtung aus leitfähigem
Polymer ausgebildet und mit zwei voneinander beabstandete Elektroden 3 zum
Einspeisen von elektrischem Strom verbundene. Zur Verbindung der
Elektroden 3 mit dem Widerstands-Heizelement 1 sind
Klammern 4 mit gegeneinander wirkenden Klemmbacken vorgesehen,
die die jeweilige Elektrode 3 und das Flächengebilde 100 umgreifen
und dabei die Elektrode 3 kraftschlüssig auf das
Widerstands-Heizelement 1 pressen. Die Elektroden 3 sind
dabei als flexibles Band aus einem elektrisch leitfähigen
Material ausgestaltet und auf dem flächigen Träger
durch die Klammern so fixiert, dass wenigstens eine Fläche
der bandförmigen Elektrode flächig mit der elektrisch
leitfähigen Beschichtung in Kontakt befindlich ist
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2 zeigt
die Kontaktierung des Flächengebildes 100 gemäß 1 noch
einmal im Schnitt. Hier erkennt man deutlich, dass sich bei dieser
Ausführung der Kontaktierung die Elektrode 3 sich
zwischen dem leitfähigen flexiblen Widerstands-Heizelement 1 und
der Klammer 4 befindet.
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3 zeigt
eine andere Ausführung der Kontaktierung des Flächengebildes 100,
bei der das Widerstands-Heizelement 1 und natürlich
auch der nicht leitfähige flächige Träger 2 um
die Bandelektrode „geschlagen” sind und damit
die Bandelektrode 3 das Widerstands-Heizelement 1 mit
ihrer Ober- und Unterseite, d. h. mehrseitig kontaktiert. Das Widerstand-Heizelement 1 umschlingt
also hier die Bandelektrode 3 und wird durch die Klammer 4 beidseitig
an die Bandelektrode 3 angepresst.
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Die
durch das Umschlagen entstehende Knickkante kann entschärft
werden, in dem die Dicke der Elektrode so gewählt wird,
dass der Radius an der Knickkante ausreichend groß ist,
so dass die Leitfähigkeit des flexiblen Trägers
durch einen zu scharfen Knick nicht beschädigt wird.
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4 zeigt
eine weitere Ausführung der Kontaktierung des Flächengebildes 100,
bei der die Elektrode 3 auf ihrer Oberseite mit einer zusätzlichen Träger-
bzw. Verstärkungsschicht 5 aus nicht leitfähigem
Material versehen ist. Dadurch wird die durch das Umschlagen entstehende
Knickkante weiter entschärft und die Elektrode 3 so
verstärkt, dass große Klemmkräfte aufgebracht
werden können.
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Natürlich
kann die Elektrode auch beidseitig unterfüttert werden,
so dass noch zusätzliche Schichten zu einer höheren
Beabstandung der beiden Oberflächen des flexiblen Flächengebildes 100 bzw.
des leitfähigen flexiblen Widerstands-Heizelementes 1 eingebracht
werden, wobei allerdings mindestens eine Seite der Elektrode 3 mit
elektrisch leitfähig ausgelegt Schichten versehen sein
muss.
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Es
können auch Schichten zur Verbesserung der Kontaktierung
zwischen Elektrode 3 und Widerstands-Heizelementes 1 eingelegt
sein, etwa ein zusätzliches elektrisch leitfähiges Band
aus Metall, mit Metallbestandteilen, aus leitfähigen Textilien,
aus Kohlefasern, mit Kohlefaserbestandteilen, oder mit leitfähigen
Kunststoffen, Kunststoffzubereitungen mit leitfähigen Additiven.
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5 zeigt
eine weitere Ausführung der Kontaktierung des Flächengebildes 100,
bei der die Klammern einstückig als Federklammern 6 aus Kunststoff
ausgebildet sind. Solche Federklammern lassen sich, beispielsweise
durch Strangguss- oder Strangpressverfahren sehr einfach herstellen
und montieren und können im Übrigen aus beliebigen Materialien,
also auch aus Kupfer oder Aluminium bestehen.
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6 zeigt
eine weitere Ausführung der Kontaktierung des Flächengebildes 100,
bei der die Klammern 4 so ausgebildet sind, dass ihre Klemmflächen
der Klemmbacken vorspringende Zähne 7 aufweisen
und somit in der Art einer breiten Krokodilklemme ausgelegt sind.
Die Breite der Klammern entspricht der gewünschten Kontaktlänge
der Elektroden auf dem Widerstands-Heizelement. Die Kontaktbreite
der Elektroden kann über die Breite der Druckfläche
der Klammern bestimmt werden.
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Natürlich
können auch die Klammern als solche als Elektrode ausgeführt
werden, so dass ein leitfähiger Kontakt zwischen mindestens
einer der Pressflächen der Klammern und der leitfähigen
Beschichtung besteht. In diesem Fall kann auf eine separate Band-Elektrode
sogar verzichtet werden.
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7 zeigt
eine weitere Ausführung der Kontaktierung des Flächengebildes 100,
bei der die Klammern 4 so ausgebildet sind, dass ihre Klemmflächen
durch eine zusätzliche Verschlussklammer 8 angedrückt
werden. Die zusätzliche Verschlussklammer 8 ist
mit einem Clip-Mechanismus, d. h. mit einem Rast-Verschluss nach
Art einer Hosenträgerklammer versehen.
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8 zeigt
eine weitere Ausführung der Kontaktierung des Flächengebildes 100,
bei der die Klammern 4 so ausgebildet sind, dass ihre Klemmflächen
durch einen zusätzlichen Verschlussbügel oder -ring 9 angedrückt
werden, der auf die Klammern aufgeschoben wird. Der zusätzliche
Verschlussring 9 ist über eine Zahnung bzw. über
Rastmittel fixiert und gegen Verrutschen gesichert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Widerstands-Heizelement
- 2
- nicht
leitfähiger flächiger Träger
- 3
- Elektrode
- 4
- Klammer
- 5
- Verstärkungsschicht
- 6
- Federklammer
- 7
- Krokodilklemme
- 8
- Verschlussklammer
mit Clip-Mechanismus
- 9
- Verschlussring
mit Rastsicherung
- 100
- Flächengebilde
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102007042644
A1 [0003]
