DE102011003012A1

DE102011003012A1 - Sitzheizung auf Basis einer Heizfolie

Info

Publication number: DE102011003012A1
Application number: DE201110003012
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-01-23
Filing date: 2011-01-23
Publication date: 2012-07-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizfolie zur Beheizung von Sitzen insbesondere im Innenraum von Kraftfahrzeugen. Sitzheizungen sind elektrische leitfähige, nach außen isolierte, sehr flache, flexible Elemente, die bei vorgegebenem definierten Widerstand stromdurchflossen zur Erwärmung führen. Die vorliegende Erfindung ist eine Heizfolie in der Größe einer Sitzfläche bzw. Rückenlehne bestehend aus zwei metallischen Folien, zwischen denen eine elektrisch leitfähige Polymerschicht ist. Der Stromfluss zwischen den voneinander elektrisch isolierten Folien durch die Polymerschicht führt bei Betrieb der Sitzheizung zur Erwärmung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizfolie zur Beheizung von Sitzen insbesondere im Innenraum von Kraftfahrzeugen.
Sitzheizungen sind elektrische leitfähige, nach außen isolierte, sehr flache, flexible Elemente, die bei vorgegebenem definierten Widerstand stromdurchflossen zur Erwärmung führen.
Die vorliegende Erfindung ist eine Heizfolie in der Größe einer Sitzfläche bzw. Rückenlehne bestehend aus zwei metallischen Folien, zwischen denen eine elektrisch leitfähige Polymerschicht ist. Der Stromfluss zwischen den voneinander elektrisch isolierten Folien durch die Polymerschicht führt bei Betrieb der Sitzheizung zur Erwärmung.
Stand der Technik ist die Auslegung von Sitzheizungen mit metallische Heizlitzen, bestehend aus vielen einzelnen Leiterfilamenten, Netzstrukturen bestehend aus z. B. aus elektrisch leitfähigen Carbonfasern oder Polymerfäden mit elektrisch leitfähiger Beschichtung oder Kunststofffolie flächig beschichtet mit Leiterbahnen aus leitfähigem Material z. B. Kupfer.
Die Probleme die dabei auftreten können sind auf Grund der hohen, mechanischen Wechselbiegebeanspruchung der Bruch einzelner Leiterkomponenten wie die Filamente, Fasern, Fäden oder den Leiterbahnen. Dies führt zur dauerhaften Schädigung und zum Defekt der Sitzheizung.
Eine weitere sehr kritische Erscheinung ist das Auftreten von Hot Spots, die insbesondere bei dem Bruch einzelner Leitungselemente auftreten können und dann sogar zur Schädigung des Sitzes und Gefährdung des Fahrgastes führen können.
Die Erwärmung eines Sitzes durch einzelne geometrisch dünne Leitungen kann auch eine ungleichmäßige Erwärmung der Sitzfläche zur Folge haben.
Eine weitere Problematik sind die elektromagnetischen Wellen einer Sitzheizung beim Einschalten oder der Heizungs- bzw. Stromregelung, die bei genannten Konstruktionsmerkmalen auftreten können.
Gegenstand der Erfindung ist eine Heizfolie für Sitzheizungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie eine elektrisch leitfähige Polymerschicht umfasst, die zwischen zwei, voneinander elektrisch isolierten, metallischen Folien eingebettet ist.
Typischerweise ist dies eine dünne, nach außen isolierte Heizfolie, bei der zwischen zwei, voneinander elektrisch isolierten, metallischen Folien eine elektrisch leitfähige Polymerschicht eingebettet ist.
Mit dieser Lösung können die oben beschriebenen Probleme gelöst werden. Der Stromfluss zwischen den voneinander elektrisch isolierten Folien durch die Polymerschicht führt bei Betrieb der Sitzheizung zur gewünschten Erwärmung.
Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Folie wird der Bruch einzelner Leitungselemente vermieden. Auch ist die Erwärmung eines Sitzes im Vergleich zu Anwendungen mit einzelnen geometrisch dünnen Leitungen gleichmäßiger.
Lokale Brüche in der Sitzheizung führen auch nicht zum direkten Defekt der Gesamtheizfläche.
Vorzugsweise besteht die elektrisch leitfähige Polymerschicht (vgl. 2) aus einem weichen, thermisch stabilen, vorzugsweise vernetztem Polymer wie z. B.
Silikonkautschuk. Dies ist für die Dauerfestigkeit bei der hohen Wechselbiegebeanspruchung notwendig. Die elektrisch leitfähige Polymerschicht (vgl. 2) kann eine Dicke von 0,5 mm bis ca. 3 mm aufweisen.
Die Leitfähigkeit kann in bevorzugten Ausführungen auf Füllanteile, wie z. B. von Kohlenstoffparfikel z. B. Russe, Graphit, Carbon Nano Tubes oder metallischem Pulver, beruhen.
Die Polymerschicht kann vorzugsweise auch mit Füllstoffen wie hexagonales Bornitrid oder Keramiken zur Erhöhung der Temperaturleitfähigkeit gefüllt sein.
Die voneinander elektrisch isolierten, metallischen Folien sind leitfähig und haben bevorzugt eine Dicke in der Größenordnung von 0,1 bis 0,4 mm, wobei die Dicke der Ober- und Unterseite unterschiedlich sein kann. Die Kupferschichten bilden die Elektroden zwischen denen der elektrische Strom durch die Folie fließen kann.
Das Folienmaterial ist vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung. Die Oberfläche des metallischen Folienmaterials kann z. B. verzinnt oder galvanisch z. B. versilbert sein. (vgl. 2)
Das elektrisch leitfähige Polymer hat vorzugsweise einen definierten und über die Fläche gleichmäßigen Volumenwiderstand in der Größenordnung von 10³ bis 10⁶ Ohm cm.
Vorzugsweise ist der Volumenwiderstand größer gleich 10⁴ Ohm cm, noch bevorzugter größer gleich 10⁵ Ohm cm.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung weist der Folienverbund noch eine obere und untere Isolierschicht oder Außenisolierung auf.
Die Außenisolierung der Heizfolie kann eine spezielle Lackierung, eine Kunststoffbeschichtung bzw. -folie oder textiles Gewebe sein (vgl. 2).
Weiterhin weist die Polymerschicht in einer besonderen Weiterbildung der Erfindung einen PTC-Effekt (Positiven Temperatur Effekt) auf, so dass die Heizfolie in Sitzbereichen mit niedrigerer Temperatur einen niedrigeren Widerstand aufweist und somit diese Bereiche stärker aufgeheizt werden. Vorzugsweise ist der PCT Effekt besonders ausgeprägt und entspricht in etwa den dem Fachmann derzeit bekannten Höchstwerten.
Der Vorteil ist hierbei, dass sich in der Heizfolie in Sitzbereichen mit höherer Temperatur der Widerstand erhöht und somit diese Bereiche nicht mehr stärker aufgeheizt werden.
Der selbstregelnden PTC-Effekt kann durch Kombination verschiedener eingemischter Kohlenstoffpartikel oder Metallpulver oder zusätzlich eingemischten halbleitenden, polykristallinen Keramiken wie z. B. Bariumtitanat erzielt werden, so dass sich in der Heizfolie in Sitzbereichen mit höherer Temperatur der Widerstand erhöht und somit diese Bereiche nicht mehr stärker aufgeheizt werden.
Besonders Mischungen von zwei verschiedenen oder mehreren Rußtypen sind hierbei bevorzugt, um einen guten PTC Effekt und den erforderlichen Volumenwiderstand zu erreichen.
Bei der flächigen Ausführung der Sitzheizung wirkt dieser Effekt vorteilhaft der Bildung von Hotspots oder ungewollter Überhitzung begrenzter Bereiche entscheidend entgegen.
Auch in Kombination mit gewöhnlichen Sitzheizungsvorrichtungen kann hierbei durch bessere Temperaturselbstregelung eine längere Lebenszeit und Bruchstabilität der Heizfolie in der Sitzheizung erreicht werden.
Die Polymerschicht kann mit speziellen Füllstoffen zur Erhöhung der Temperaturleitfähigkeit gefüllt sein. Diese können wie hexagonales Bornitrid oder Keramiken sein, die typischerweise als Partikel oder Pulver beigemischt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung Sitzheizungen umfassend eine Heizfolie nach der oben beschriebenen Erfindung.
Die Heizfolie für Sitzheizungen kann definiert vorgegebene Aussparungen aufweisen (vgl. 1b). Die Aussparungen können dabei nur einfach oder mehrfach in unterschiedlichen Formen ausgeprägt sein. Diese Formen erlauben eine höhere Flexibilität der Sitzheizung durch besseres Nachgeben unter Deformationsdruck in der Anwendung.
Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der vorgegebenen Folien und Polymerschichten bzw. Verbundmaterialien in Sitzheizungen.
Beispiele/Herstellung
Die Herstellung der Folien erfolgt nach allgemeinen dem Fachmann geläufigen Prinzipien.
Das Verfahren umfasst als ersten Verfahrensschritt das Compoundieren des elektrisch leitfähigen Polymers in einem Innenmischer oder Doppelschnecken-extruder.
Die Einstellung der Leitfähigkeit erfolgt über die Beimischung von Füllstoffe, wie z. B. Ruße, um den gewünschte Volumenwiderstand und einen hohen PTC Effekt zu erzielen. Vorzugsweise erfolgt die Beimischung der Füllstoffe in einer Größenordnung 15 bis 45 Gew.%. Die Menge hängt vom leitenden Füllpartikel und muss nicht auf diese Werte eingeschränkt sein; schlechter leitfähige Ruße benötigen bis zu 50 Gew.%. Bei Carbon-Nanotubes können wenige Gew.%, also von 1 bis 5 Gew.% bis zu 10 Gew.% eingesetzt werden.
Der nächste Verfahrensschritt ist das Vorformen der dünnen Polymerschicht in einem Walzprozess oder durch Folienextrusion mit Breitschlitzdüse. Eine Vorformung in einer Presse ist ebenfalls möglich.
Anschließend erfolgt das Zusammenfügen der dünnen Polymerschicht mit den metallischen Außenfolien. Dies kann in einem kontinuierlichen Prozess erfolgen wie z. B. dem Walzprozess oder die Extrusion des Polymers auf eine metallische Folie oder in einem diskontinuierlichen Prozess wie das Zusammenfügen in einer Presse oder in einer Kombination dieser Verfahrensschritte.
Die eventuelle Aufbringung einer Außenisolierschicht auf die metallischen Folien kann nachträglich oder zu Beginn des Herstellungsprozess erfolgen.
Ebenso können eventuelle Aussparungen der Heizfolie vorzugsweise nachträglich ausgestanzt werden oder zu Beginn des Herstellungsprozess eingebracht werden.
Die Ursprünge der Produktionstechnik für Sitzheizungen stammt aus der Textiltechnik, dass Heizdrähte zwischen Flies einkaschiert oder aufgenäht werden.
Die Sitzheizung nach der Erfindung wird generell so präpariert, dass die Größe der Heizfolie ist in den Abmaßen für die Unterlegung einer Sitzfläche oder Rückenlehne angepasst. Das Design kann eine geschlossene Fläche sein oder eine Fläche mit definierten Aussparungen. (vgl. 1a und b).
Die elektrische Kontaktierung der beiden metallischen Folienschichten erfolgt über speziell zugeschnittene Leiterbahnen der Heizfolie (vgl. 3) oder direkt auf die Folie der Sitzheizung durch Crimpkontakte, durch Lötkontakte oder Verklebung mit elektrischen Leitklebern.
Bezugszeichenliste

1: Polymerschicht
2: Metallische Folie
3: Außenisolierung
4: Kontakte

Zeichnungen
1a/b zeigt links ein flächiges Heizelement und rechts ein flächiges Heizelement mit Aussparungen
2 zeigt einen Querschnitt der Heizfolie
3 zeigt die Kontaktierung

Claims

Heizfolie für Sitzheizungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizfolie eine elektrisch leitfähige Polymerschicht (1) umfasst, die zwischen zwei, voneinander elektrisch isolierten, metallischen Folien (2) eingebettet ist.
Heizfolie nach Anspruch 1, wobei die elektrisch leitfähige Polymerschicht (1) aus einem weichen, thermisch stabilen, vernetzten Polymer besteht und/oder eine Dicke von 0,5 mm bis 3 mm aufweist
Heizfolie nach Anspruch 1 bis 2, wobei die elektrisch leitfähige Polymerschicht (1) weiterhin umfasst: Füllanteile von einem oder mehreren der folgenden Beimischungen: Ruße, Graphit, Carbon Nano Tubes oder metallischem Pulver, und/oder eingemischtes hexagonale Bornitrid und/oder Keramiken zur Erhöhung der Temperaturleitfähigkeit.
Heizfolie nach Anspruch 1 bis 3, wobei die elektrisch isolierten, metallischen Folien (2) aus Kupfer oder eine Kupferlegierung bestehen und/oder eine Dicke von 0,1 bis 0,4 mm aufweisen.
Heizfolie nach Anspruch 1 bis 4, wobei die elektrisch leitfähige Polymerschicht (1) einen definierten und über die Fläche gleichmäßigen Volumenwiderstand in der Größenordnung von 10³ bis 10⁶ Ohm cm aufweist.
Heizfolie nach Anspruch 1 bis 5, wobei der Folienverbund der Heizfolie eine obere und untere Isolierschicht oder Außenisolierung (3) aufweist.
Heizfolie nach Anspruch 1 bis 6, wobei die elektrisch leitfähige Polymerschicht (1) einen Positiven Temperatur Effekt aufweist.
Heizfolie nach Anspruch 1 bis 7, wobei die elektrisch leitfähige Polymerschicht (1) die Kombination einer oder mehrerer verschiedener eingemischter Kohlenstoffpartikel oder Metallpulver oder zusätzlich eingemischten halbleitenden, polykristallinen Keramiken, insbesondere Bariumtitanat, umfasst.
Sitzheizung umfassend eine Heizfolie nach Anspruch 1 bis 8.
Verwendung der Heizfolie nach Anspruch 1 bis 8 für Sitzheizungen, insbesondere Fahrzeugsitzen.