DE102012017047A1

DE102012017047A1 - Elektrische Heizeinrichtung

Info

Publication number: DE102012017047A1
Application number: DE102012017047.5A
Authority: DE
Inventors: William (Wei) Li; Sherry (Li) Chen; Luffy (Fei) Liu; Jonathan (Yu) Zhang
Original assignee: WET Automotive Systems AG
Current assignee: Gentherm GmbH
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-06
Also published as: KR101548589B1; KR20140029245A; CN103687105B; US20140061183A1; JP2014049445A; CN103687105A; US9420640B2; JP5801855B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizeinrichtung (10) mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand (12) und mindestens einer Kontaktier-Einrichtung (13).

Description

Hintergrund der Erfindung
Ein Gegenstand gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie kann z. B. bei der Beheizung von Benutzer-Kontaktflächen, wie Sitzen, Armauflagen und Lenkrädern, eingesetzt werden.
Stand der Technik
Bekannt sind textile Heizelemente. Nachteilig ist ein recht hoher Aufwand für ihre Herstellung.
Bekannt sind außerdem Folien-Heizelemente mit einer elektrisch leitfähigen Druckbeschichtung. Nachteilig ist, dass solche Heizelemente einem Einsatz im Feld oft nicht gewachsen sind.
Es ist deshalb wünschenswert, den Stand der Technik insbesondere hinsichtlich einer einfachen Herstellung und hoher Stabilität weiterzuentwickeln.
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 innerhalb des durch unabhängige Ansprüche definierten Rahmens 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 Lenkräder von Kraftfahrzeugen, Steuerknüppel von Flugzeugen oder Lenkstangen von Motorrädern.
Eine Inneneinrichtung 2 besitzt vorzugsweise ein Polster 44 für eine federnde Abstützung eines Nutzers. Ein Polster bezeichnet eine Einrichtung zur Dämpfung von Stößen und/oder zur Verteilung lokaler Druckspitzen auf eine größere Fläche. Beispiele sind Blöcke aus geschäumtem Polyurethan.
Eine Inneneinrichtung 2 hat vorzugsweise einen Bezug 45. Ein Bezug bezeichnet ein ein- oder mehrschichtiges Flächengebilde, das zumindest abschnittsweise an der Oberfläche eines Gegenstandes angeordnet ist und/oder diesen zumindest teilweise bedeckt, insbesondere um diesen zu dekorieren oder gegen mechanische Belastung zu schützen. Beispiele sind gelochte oder ungelochte sowie luftdurchlässige oder luftundurchlässige Schichten aus Folie oder Textil.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Heizeinrichtung 10 für eine schnelle oder lang anhaltende Wärmung eines Benutzers oder eines zu beheizenden Gegenstandes, insbesondere eines Gehäuse-Innenraumes, eine Interieur-Teils, eines Sitzes und/oder eines Lenkrads.
Eine Heizeinrichtung 10 bezeichnet eine Einrichtung, die zur gezielten Erwärmung ihrer Umgebung thermische Energie bereitstellt und konduktiv, konvektiv und/oder durch Wärmestrahlung an ihre Umgebung abgibt. Sie ist vorzugsweise unmittelbar auf der Unterseite eines Bezuges oder an einer Innenseite einer Gehäusewandung positioniert, insbesondere zwischen einem Polster und einem Bezug.
Vorzugsweise aber nicht notwendigerweise hat eine Heizeinrichtung 10 mindestens einen Heizwiderstandsträger 11 zur Stabilisierung eines Heizwiderstands und einer dauerhaften Positionierung der Wärmequelle. Er ist vorzugsweise zumindest teilweise aus ein Material mit einem niedrigen Preis und/oder einer guten thermischen Leitfähigkeit. Beispiele sind Polymere, insbesondere Polyamid, Polyester, Polyurethan oder Polycarbonat. Zweckmäßig sind Flächengebilde, vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Textil, Gewirke, Gestrick, Gewebe, Vlies, biegsamen Thermoplasten, luftdurchlässigem Material und/oder einer gestanzten oder genoppten Folie, flache Bausteine oder mehrschichtige Verbundmodule. Flammhemmende oder selbstverlöschende Materialien sind von Vorteil.
Vorzugsweise hat eine Heizeinrichtung 10 mindestens einen Heizwiderstand 12 für eine direkt oder indirekt der Erwärmung einer Regulierzone. Ein Heizwiderstand 12 bezeichnet einen ohmschen Widerstand, der bei Stromdurchfluss elektrische in thermische Energie umwandelt. Beispiele sind hier Flächengebilde, elektrisch leitfähige Schichten, z. B. Polymer-Folien oder Metall-Folien oder -Beschichtungen. Sein Material weist z. B. zumindest Anteile von Aluminium, Kupfer, Gold, Silber oder Chrom-Nickel, leitfähigen Lacken auf. Er hat vorzugsweise einen elektrischen Flächenwiderstand von 10–500 Ohm, insbesondere 50–150 Ohm, insbesondere 190–210 Ohm. Bei flächigen Heizwiderständen ist es möglich, dass der Heizwiderstand identisch ist mit dem Heizwiderstandsträger, insbesondere, wenn es sich um eine Matrix leitfähiger und nicht leitender Bestandteile handelt.
Vorzugsweise wird ein Material gewählt, das eine Leitfähigkeit des gesamten Heizwiderstandsquerschnitts bewirkt. Dies bezweckt eine höhere Stromtragfähigkeit als z. B. mit der Bedruckung eines nicht-leitenden Heizwiderstandsträgers erreichbar ist. Beispielhaft sind leitfähige Folien aus polymerem Material mit leitfähigen Partikeln, die während der Folienherstellung eingemischt werden. Besonders bevorzugt ist eine Harz-Matrix, die zumindest teilweise aus PP, PE, PS, PET, oder PU besteht, und der Partikel oder Fasern mit Carbon, Ruß oder Metall beigemischt sind, z. B. Silber, Nickel, Kupfer oder Zinn. Brennbare Bestandteile sollten minimiert oder durch zusätzliche Brandschutzmaßnahmen abgesichert werden.
Eine Heizeinrichtung 10 weist mindestens eine Kontaktier-Einrichtung 13 auf für einen Anschluss eines Heizwiderstands an eine externe Versorgungsspannung. Üblich sind zwei Kontaktier-Einrichtungen 13, 13'. Es können aber auch mehr verwendet werden. Ihre Form bewirkt einen gleichmäßigen Stromfluss im gesamten Heizbereich des Heizwiderstands. Bevorzugt sind kammartige Strukturen.
Eine Kontaktier-Einrichtung 13 hat vorzugsweise mindestens eine Hauptelektrode 14, 14'. Hauptelektrode 14 bezeichnet eine Einrichtung zum Verteilen von elektrischem Strom von einer Spannungsquelle 47 auf eine Vielzahl von Zweigelektroden 15, 15'. Eine geeignete Form begünstigt einen geringen Übergangswiderstand zur Vermeidung von Hot-Spots und vermeidet außerdem Durchzeichnungen an der Bezugsoberseite für einen hohen haptischen Komfort. Beispiele hierfür sind elektrisch leitfähige, insbesondere selbsttragende Bänder. Ihre Länge entspricht vorzugsweise der Länge der Längsseite eines Polsters oder eines Heizwiderstands. Ihre Breite gestattet eine ausreichend sichere Kontaktierung. Beispiele hierfür sind 0,2 bis 3 cm, insbesondere 0,5 bis 2 cm.
Vorzugsweise besitzt mindestens eine Hauptelektrode 14 eine Position, die eine großflächige Versorgung mit Strom bewirkt, wobei ein direkter Übergang von der Hauptelektrode 14 in den Heizwiderstand 12 je nach Wunsch vermieden werden kann. Beispiele sind längs eines Heizwiderstands:
B. beabstandet dazu auf der Grundfläche eines nicht elektrisch leitenden Heizwiderstandsträgers wie in 3b);
C. auf der Grundfläche des Heizwiderstands, aber durch eine Elektroden-Isolation vom Heizwiderstand 12 getrennt wie in 3c) oder
A. auf der Grundfläche des Heizwiderstands und elektrisch leitend mit diesem verbunden wie in 3a).
Vorzugsweise weist mindestens eine Hauptelektrode 14 ein Material auf, das einen geringen Übergangswiderstand zwischen der Kontakt-Einrichtung und dem Heiz-Widerstand ermöglicht, um einen guten Stromeintrag und eine Vermeidung von Hotspots an Elektroden zu erreichen. Beispiele sind bandförmige Textilien oder Folien, die zumindest teilweise aus leitfähigem Polymer oder Metall, insbesondere Aluminium oder Kupfer, gefertigt oder damit beschichtet sind. Besonders geeignet sind mit elektrisch leitfähigem oder nicht-leitfähigem Kleber beschichtete massive Metallbänder oder ausschließlich aus solchem Kleber oder Metallband gebildete Schichten. Wünschenswert ist bei einer Ausführungsform gemäß 3a), wenn eine Kupferfolie mit zum Heizwiderstand 12 hin elektrisch isolierender Klebeschicht als Isolationsschicht auf dem Heizwiderstand 12 angebracht ist, damit die Hauptelektrode 14 gegenüber dem Heizwiderstand 12 isoliert ist. Vorteilhaft ist außerdem, wenn eine Hauptelektrode mindestens zwei leitfähige Schichten aufweist, die einander zumindest teilweise überdecken.
Vorzugsweise hat mindestens eine Kontaktier-Einrichtung 13 mindestens eine Zweigelektrode 15. Eine Zweigelektrode 15 bezeichnet eine Einrichtung zum Einspeisen von Strom von einer Hauptelektrode in einen Heizwiderstand 12. Vorzugsweise wird ihre Anzahl so gewählt, dass eine großflächige Verteilung des Stroms und eine Erzeugung der richtigen lokalen Widerstände möglich ist. Eine geeignete Anzahl liegt zwischen 2 und 200 Stück je Heizwiderstand 12, insbesondere ein Stück pro ca. 3–5 cm. Form und Material kann grundsätzlich wie für eine Hauptelektrode 14 gewählt werden, wobei aber vorzugsweise ein leitendes Material der Zweigelektrode 15 von einem leitenden Material der Hauptelektrode verschieden ist. Besonders vorteilhaft ist, wenn eine Zweigelektrode 15 zumindest Bestandteile aus Aluminium und eine Hauptelektrode zumindest Bestandteile von Kupfer aufweist. Die Zweigelektroden verlaufen vorzugsweise von einer ersten Hauptelektrode 14, 14' fast bis zu einer gegenüberliegenden zweiten Hauptelektrode 14, 14'. Ihre Ausrichtung verläuft vorzugsweise quer zum Verlauf der Hauptelektrode 14, 14'. Um einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen der Zweigelektrode 15, 15' und ihrer übergeordneten Hauptelektrode zu erreichen, sind Abschnitte, insbesondere ein Endabschnitt, mindestens einer Zweigelektrode 15 zwischen zwei elektrisch leitenden Schichten einer zugehörigen Hauptelektrode angeordnet, vorzugsweise zwischen zwei kupferhaltigen Schichten. Ein Teil der beteiligten leitfähigen Schichten oder alle diese Schichten können untereinander mit elektrisch leitfähigem Kleber verbunden sein.
Für einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen einer Zweigelektrode 15 und einem von ihr kontaktierten Heizwiderstand 12 sind elektrisch leitfähige Bänder zweckmäßig, die mit einem elektrisch leitenden Kleber zumindest abschnittsweise auf den Heizwiderstand 12 aufgeklebt sind, z. B. als Selbstklebeband mit metallischer Trägerfolie, oder die stattdessen oder zusätzlich durch Nähen, Laminieren oder Verpressen befestigt sind.
Günstig ist, wenn ein Heizwiderstand 12 oder ein Heizwiderstandsträger 11 bereits klebrige Bestandteile enthält oder durch Erwärmen oder eine sonstige physikalische oder chemische Behandlung zumindest kurzzeitig klebefähig wird und sich die Zweigelektrode darin zumindest teilweise ohne Hinzunahme eines weiteren Materials einbetten lässt.
Vorzugsweise weist eine Heizeinrichtung 10 eine Stromumlenk-Einrichtung 16, 16' auf. Eine Stromumlenk-Einrichtung bezeichnet jede Struktur, die einen Stromfluss von einer Zweigelektrode 15 einer Kontaktier-Einrichtung 13 in eine Hauptelektrode 14 einer anderen Kontaktier-Einrichtung 13' auf eine Zweigelektrode 15' dieser anderen Kontaktier-Einrichtung 13' umlenkt. Das bewirkt einen ausreichend hohen Widerstand zwischen den Zweigelektroden einer Kontaktier-Einrichtung und einer Hauptelektrode 14 einer anderen Kontaktier-Einrichtung. Dies wiederum vermeidet Hotspots.
Vorzugsweise weist eine Stromumlenk-Einrichtung eine Elektroden-Isolation 17 auf. Eine Elektroden-Isolation 17 bezeichnet jede Einrichtung, die einen Durchtritt von elektrischem Strom in die oder aus der Hauptelektrode hemmt. Das ergibt eine zumindest lokale Isolation einer Hauptelektrode gegenüber einem Heizwiderstand 12, so dass dort kein Strom aus dieser Hauptelektrode direkt in den Heizwiderstand 12 eingespeist wird, sondern nur durch von der Hauptelektrode gespeiste Zweigelektroden. Auch dies vermeidet Hotspots. Als Material geeignet sind z. B. Isolationsschichten aus elektrisch nicht leitende Folien, nicht leitende Klebstoffe oder Luftspalte und Beabstandungen einer Elektrode gegenüber einem Heizwiderstand 12. Bevorzugt sind doppelseitige Klebebänder mit isolierender Tragschicht oder Schichten aus nicht-leitendem Klebstoff auf der Elektrode und/oder dem Heizwiderstand 12. Schichten, die sandwichartig zwischen einem Heizwiderstand 12 und einer über dessen Grundfläche angeordneten Hauptelektrode angeordnet sind, sind einfach zu fertigen.
Vorzugsweise weist eine Stromumlenk-Einrichtung 16, 16' eine Pol-Trenn-Einrichtung 18, 18' auf, um eine ausreichende elektrische Trennung zweier gegenpoliger Kontaktier-Einrichtungen zu bewirken. Beispiele sind Material-Ausnehmungen, Ausstanzungen, Beabstandungen oder Sperr-Widerstände in einem Heizwiderstandsmaterial oder zwischen zwei Kontaktier-Einrichtungen, insbesondere zwischen der Hauptelektrode 14 und einer Spitze 77 einer gegenpoligen Zweigelektrode 15.
Die Breite einer Pol-Trenn-Einrichtung 18 ist so gewählt, dass einerseits eine möglichst große Nähe der Zweigelektrode 15 einer Kontaktier-Einrichtung 13 zur Hauptelektrode einer gegenpoligen Kontaktier-Einrichtung, gleichzeitig aber eine sichere Pol-Trennung gegeben ist. Das beabsichtigt eine möglichst gute Ausnutzung des Materials des Heizwiderstands. Beispiele sind 1–15 mm, insbesondere 2–7 mm, insbesondere 3–5 mm. Dabei sollte der kürzeste Umgehungspfad zur Umgehung der Pol-Trenn-Einrichtung 18 mindestens so lang sein wie der kürzeste Abstand zwischen zwei gegenpoligen Zweigelektroden am Heizwiderstand 12.
Vorzugsweise weist eine Heizeinrichtung 10 eine Schutzhülle (nicht gezeigt) auf für eine Abdeckung der Heizeinrichtung zum Bezug und/oder zum Polster hin. Das ergibt einen Schutz vor mechanischer Beschädigung und vor Korrosion und/oder zur Dekoration oder Isolation. Beispiele sind Textilien, wie Vlies oder Folien, die zumindest teilweise aus wasser-undurchlässigen Materialien wie PE, PP, PU oder PET gebildet sind. Bei entsprechender Auswahl können sie auch flammhemmend oder selbstverlöschend sein.
Vorzugsweise weist eine Heizeinrichtung 10 eine Komfort-Lochung 51 für eine Durchlässigkeit für Luft und Feuchte und einen justierten Heizwiderstandswert auf. Beispiele sind kreisrunde, ovale oder längliche Löcher in der Heizeinrichtung 10, insbesondere in einem Heizwiderstand 12.
Vorzugsweise weist eine Heizeinrichtung 10 eine Brandhemm-Einrichtung 20, 20' auf. Eine Brandhemm-Einrichtung 20 bezeichnet eine Einrichtung, die einen Brand löscht oder seine Ausbreitung verzögert oder ablenkt.
Vorzugsweise besitzt eine Brandhemm-Einrichtung 20 einen Brandausbreitungsblocker 22 für ein Verlöschen oder Abdrängen von Flammen oder Glut am Ausbreitungsblocker, z. B. in Form von nicht brennbaren oder selbstverlöschenden Materialbändern oder -streifen. Deren Anordnung erfolgt insbesondere quer zu mindestens einer Zweigelektrode 15, vorzugsweise parallel versetzt zu einer Hauptelektrode und über mehrere Zweigelektroden hinweg. Als Material sind Metalle, insbesondere Aluminium, geeignet.
Vorzugsweise besitzt eine Brandhemm-Einrichtung 20 eine Brandhemm-Ausnehmung 21, was für ein Feuer einen Entzug brennbaren Materials bedeutet und dadurch kostensparend eine Verzögerung oder ein Erlöschen eines Brandes bewirkt. Beispiele sind Spalten in einem Heizwiderstand 12 oder einem damit zusammenwirkenden Bauteil, die eine Breite von 5 mm oder mehr aufweisen.

Claims

Elektrische Heizeinrichtung (10) mit mindestens einem elektrischen Heizwiderstand (12) und mindestens einer Kontaktier-Einrichtung (13).
Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (12) zumindest teilweise aus einem brennbaren Material gefertigt ist und dass die Heizeinrichtung (10) mindestens eine Brandhemm-Einrichtung (20) aufweist.
Heizeinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (12) mit mindestens einer Brandhemm-Ausnehmung (21) versehen ist.
Heizeinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizwiderstand (12) versehen ist mit mindestens einem Brandausbreitungsblocker (22), der zumindest teilweise aus nicht brennbarem oder selbstverlöschendem Material gebildet ist.
Heizeinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktier-Einrichtung (13, 13') eine Hauptelektrode (14, 14') und mehrere davon abzweigende Zweigelektroden (15, 15') aufweist.
Heizeinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kontaktier-Einrichtung (13, 13') mindestens zwei einander zumindest abschnittsweise überdeckende elektrisch leitfähige Schichten aufweist.
Heizeinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktier-Einrichtung (13, 13') mindestens ein selbsttragendes Band aufweist, das auf einen elektrischen Heizwiderstand (12) aufgeklebt ist.
Heizeinrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktier-Einrichtung (13, 13') eine Hauptelektrode (14, 14') mit einem ersten leitfähigen Material aufweist, und dass die Kontaktier-Einrichtung (13, 13') von der Hauptelektrode (14, 14') abzweigende Zweigelektroden (15, 15') aufweist, die zumindest teilweise aus einem von dem ersten Leitmaterial der Hauptelektrode chemisch verschiedenen zweiten Leitmaterial gebildet sind.
Klimatisierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimatisierungseinrichtung mindestens eine Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 1 aufweist.
Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Heizeinrichtung (10) nach Anspruch 1 aufweist.