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Hintergrund der Erfindung
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Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Heizeinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Es ist bekannt, Graphitpartikel in einer Kunststoffmasse einzubetten und als Heizwiderstand zu benutzen. Es ist außerdem bekannt, Karbonfäden als Heizleiter in textilen Heizelementen zu verwenden. Auch ist bekannt, metallische Drähte auf textilen Flächen zu verlegen und als Heizelemente einzusetzen. Eine Beschichtung metallischer Drähte mit Edelmetallen zum Korrosionsschutz ist bekannt, aber teuer. Lackieren von Drähten schützt sie vor Korrosion, isoliert sie aber elektrisch und führt an Löchern zu größeren Korrosionsschäden. Außerdem lässt die Abriebbeständigkeit der genannten Beschichtungen oft zu wünschen übrig.
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Elektrische Heizeinrichtungen sind steigenden Sicherheitsanforderungen, hohem Kostendruck und zunehmender Diversifizierung von Einsatzfällen ausgesetzt. Daher besteht Bedarf an technischen Lösungen, die möglichst viele dieser Anforderungen möglichst umfassend erfüllen.
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Gegenstand der Erfindung
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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. Solche Heizeinrichtungen besitzen Kontakteinrichtungen, die korrosionsgeschützt sind, kostengünstig, leicht zu kontaktieren und auch bei Löchern in der Beschichtung ausfallsicher.
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Figuren
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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. Sofern nichts anderes angegeben ist, schließen Intervalle ihre Randpunkte mit ein.
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Nachfolgend wird Bezug genommen auf:
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1 Seitenansicht eines Fahrzeuges mit Heizeinrichtung 44, teilweise längs geschnitten
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2 Draufsicht auf die Heizeinrichtung von 1
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3 Perspektivische Ansicht eines geschnittenen Elektrodenleiters der Heizeinrichtung von 2
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4 Perspektivische Ansicht eines geschnittenen Einzelleiters eines Elektrodenleiters von 3
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Beschreibung der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf die Beheizung mindestens eines zu beheizenden Gegenstandes 100. Darunter fallen insbesondere alle von Personen berührten oder vereisungsgefährdeten Objekte bzw. Oberflächen, wie z. B. Flugzeugtragflächen, Sendeanlagen, Kühlschränke, Inneneinrichtungsgegenstände von Häusern, Türen, Fenstern, Decken, Liegen, Polster etc., oder hier ein Inneneinrichtungsgegenstand eines Luft-, Wasser-, Land-, Schienen-, oder Kraftfahrzeugs 99 z. B. gemäß 1, wie z. B. eine Lenkeinrichtung 101, ein Lenkrad 102, ein Armaturenbrett 103, eine Armauflage, eine Türverkleidung 105, eine Sitzauflage, ein Fahrzeughimmel, ein Polster, ein Bezug oder wie hier ein Sitz 110.
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Mindestens ein zu beheizender Gegenstand 100 besitzt eine oder mehrere zu beheizende Oberflächen 10. Vorzugsweise besitzt mindestens eine zu beheizende Oberfläche 10 wie das Ausführungsbeispiel von 1 vorzugsweise mindestens einen Bezug 2. Bezug meint dabei jede Art von Schicht, Bezugsunterware oder Schichtverbund, welche den zu beheizenden Gegenstand zumindest teilweise bedeckt; insbesondere eine solche, die als ein zusammenhängendes flächiges Bauteil am zu beheizenden Objekt angeordnet und/oder im Wesentlichen zusammenhängend von diesem lösbar ist.
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Mindestens ein zu beheizender Gegenstand 100 besitzt vorzugsweise eine oder mehrere Polster 3. Diese sind vorzugsweise als geschäumte Körper ausgeführt und z. B. Bestandteil eines Sitzes, eines Lenkrads o. ä.
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Mindestens einem zu beheizenden Gegenstand 100 und mindestens einer zu beheizenden Oberfläche 10 sind eine oder mehreren Klimatisier-Einrichtungen 4 zugeordnet, um sie zu temperieren/klimatisieren.
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Mindestens eine Klimatisier-Einrichtung 4 weist vorzugsweise mindestens eine elektrische Heizeinrichtung 44 auf. Eine solche Heizeinrichtung ist vorzugsweise als flexibles, biegeschlaffes Flächen-Heizelement ausgeführt. Einsetzbar ist sie z. B. als Einleger in die Polsterung eines Einrichtungsgegenstandes, z. B. eines Sitzes 110.
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Eine Heizeinrichtung 44 weist vorzugsweise einen Träger 8 auf, auf dem Heizwiderstände und Kontakteinrichtungen, z. B. durch Aufnähen, Aufkleben etc. befestigt sind.
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Der Träger 8 ist vorzugsweise im Wesentlichen strangförmig, netzartig und/oder flächig und zumindest teilweise aus einem Textil, Gewirke, Gestrick, Gewebe, Vlies, biegsamen Thermoplasten, luftdurchlässigen Material und/oder einer (z. B. gestanzten oder genoppten) Folie gebildet. Er kann auch teilweise oder im Wesentlichen vollständig zumindest durch einen Teil des zu beheizenden Objekts 100 gebildet sein, z. B. einen Inneneinrichtungsgegenstand oder zumindest einen Teil der zu beheizenden Oberfläche 10, z. B. den Bezug 2.
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Mindestens eine Heizeinrichtung 44 weist vorzugsweise einen oder mehrere elektrische Widerstands-Einrichtungen 45 auf, um elektrische Energie in thermische umzuwandeln, z. B. eine Vielzahl von Heizwiderständen 70 in Form von Fäden mit Kohlenstoff-Fasern oder Heizdrähte aus Edelstahl.
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Eine Heizeinrichtung 44 weist vorzugsweise eine oder mehrere Kontaktier-Einrichtungen 46 auf, um eine elektrische Spannung an mindestens eine Widerstands-Einrichtung 45 anzulegen.
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Vorzugsweise weist die Heizeinrichtung 44 zwei oder mehr Kontaktier-Einrichtungen 46 auf, die beabstandet zueinander zumindest teilweise an einer Widerstands-Einrichtung 45 angeordnet sind. Vorzugsweise sind sie randnah entlang der Widerstands-Einrichtung 45 angeordnet und z. B. durch Wirken, Nähen oder Kleben daran befestigt. Sie können eine lang gestreckte Kontur aufweisen und im Wesentlichen mäandernd und/oder geradlinig (2) verlaufen. Sie sind vorzugsweise in etwa parallel zueinander angeordnet und jeweils an einem ihrer Enden über eine Verbindungsleitung mit einer Strom-/Spannungsquelle verbunden.
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Mindestens eine Kontaktier-Einrichtung 46 weist einen, vorzugsweise mehrere Kontaktleiter 5 auf. Diese sind vorzugsweise strangförmig und mäandernd längs einer Seitenkante einer zu beheizenden Fläche angeordnet. Vorzugsweise sind drei bis sieben Kontaktleiter nebeneinander in einer Kontaktier-Einrichtung 46 vorgesehen, um Strom über eine größere Anzahl von Kontaktpunkten von der Kontaktier-Einrichtung 46 auf Widerstands-Einrichtungen 45 zu übertragen. Die Kontaktleiter sind zweckmäßigerweise in einer Ebene nebeneinander angeordnet und dafür z. B. auf einem flachen Träger befestigt. Sie sind vorzugsweise an ihrer Oberfläche zumindest teilweise elektrisch leitend, also nicht elektrisch isoliert, um eine Kontaktierung der Heizwiderstände 70 nicht zu erschweren und galvanische Probleme bei zu geringer Porendichtheit des Leitmantels 54 zu vermeiden.
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Ein Kontaktleiter 5 kann einen oder mehrere Kontaktleiter-Stränge 50 aufweisen, vorzugsweise mehr als fünf, vorzugsweise mehr als 50, vorzugsweise mehr als 100, vorzugsweise mehr als 300. Ein, mehrere oder im Wesentlichen alle Kontaktleiter-Stränge 50 weisen dabei eine Dicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,1 mm, vorzugsweise weniger als 10 μm auf.
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Unter einem Strang wird ein längliches Gebilde verstanden, dessen Längenabmessungen die Abmessungen seines Querschnittes bei weitem übertreffen. Vorzugsweise weisen die beiden Dimensionen des Querschnittes in etwa ähnliche Abmessungen auf. Vorzugsweise ist das Gebilde biegeelastisch. Unter filamentartig wird hier verstanden, dass das so bezeichnete Objekt aus einer kurzen oder langen Faser oder aus einem Monofilament- oder Multifilamentfaden gebildet ist. Vorzugsweise hat mindestens ein Strang in mindestens einer Dimension-Querschnittsabmessung weniger als 1 mm, besser 0,1 mm, besser 10 μm.
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Es kann zweckmäßig sein, dass ein Kontaktleiter 5 zwei oder mehr verschiedene Kontaktleiter-Stränge 50 aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass diese voneinander verschiedene Materialien und/oder verschiedene Abmessungen aufweisen.
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Vorzugsweise weist mindestens ein Kontaktleiter 5 mindestens einen Stützstrang 58 auf, dessen Stabilität zumindest bezüglich eines mechanischen Belastungsparameters wie Zugfestigkeit, Kerbschlagzähigkeit, Biegewechselfestigkeit, Abriebfestigkeit oder Scheuerbeständigkeit größer ist als die Stabilität mindestens eines weiteren Kontaktleiter-Stranges 50. Vorzugsweise ist die Beständigkeit mindestens um den Faktor 1,5 größer, vorzugsweise um 2,5 oder 10. Ein Stützstrang 58 kann aus Metall, Kunststoff und/oder einem weiteren Material gebildet sein.
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Es kann zweckmäßig sein, dass ein Kontaktleiter 5 mindestens einen zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Leitstrang 55 aufweist, um elektrischen Strom entlang des Leitstrangs zu leiten. Ein Leitstrang 55 ist ein zumindest teilweise elektrisch leitfähiger Strang, in dem sich ein oder mehrere filamentartige, zumindest teilweise elektrisch leitfähige Bestandteile erstrecken, vorzugsweise im Wesentlichen entlang der Längsrichtung des Stranges und/oder schraubenförmig um einen Stützstrang 58 herum. Ein Leitstrang 55 kann selbst aus einer Vielzahl von Strängen aufgebaut sein. Vorzugsweise sind im Wesentlichen alle Stränge eines Kontaktleiters 5 Leitstränge 55.
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Vorzugsweise sind ein, mehrere oder im Wesentlichen alle Leitstränge 55 eines Kontaktleiters 5 zumindest anteilig aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt, vorzugsweise im Wesentlichen daraus gebildet.
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Vorzugsweise weist mindestens ein Leitstrang 55 mindestens einen elektrisch leitfähigen Kernstrang 52 auf. Er ist vorzugsweise zumindest anteilig aus Metall, vorzugsweise Kupfer oder eine Legierung davon.
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Vorzugsweise weist ein Leitstrang 55 eine Beschichtung in Form eines zumindest teilweise elektrisch leitenden Leitmantels 54 auf, der zumindest teilweise an der Oberfläche eines Leitstranges 55 angeordnet ist, der den Kernstrang 52 vor Korrosion schützt, indem er dessen Oberfläche zumindest teilweise bedeckt und der den Kernstrang 52 elektrisch mit seiner Umgebung, insbesondere mit einem oder mehreren Heizwiderständen 70 verbindet.
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Vorzugsweise hat der Leitmantel 54 zumindest an Teilen seiner Oberfläche eine bei üblichen Umgebungsbedingungen chemisch inaktive Oberfläche, zumindest auf seiner nach außen (bezogen auf einen Kernstrang) weisenden Oberfläche. Chemisch inaktiv bedeutet inert, d. h. auch bei Einwirkung korrosiver Substanzen verändert sich das so bezeichnete Objekt nicht, zumindest nicht bei solchen Substanzen wie Schweiß, Kohlensäure oder Fruchtsäuren. Das Material kann auch so gewählt werden, dass es entweder nicht korrodiert oder elektrisch leitfähige Korrosionsprodukte bildet.
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Ein Leitmantel besteht zumindest anteilig aus elektrisch leitfähigem Material. Er kann aus einem homogenen Material gebildet sein. Er kann aber Leitpartikel aus elektrisch leitfähigem Material aufweisen, die in eine fixierende Trägermatrix, z. B. mit Anteilen von Gummi, PU, Kunstharz, Klebstoffen, Lack und/oder Plastisolen eingebettet sind.
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Sind der Leitmantel 54 und/oder seine elektrisch leitfähigen Bestandteile im Wesentlichen frei von Metallen im Elementarzustand, zumindest von unedlen Metallen, so wird auch das Problem einer Korrosion dadurch vermieden. Außerdem wird eine teure porendichte Versilberung überflüssig. Günstig ist also, wenn der Leitmantel 54 oder seine elektrisch leitenden Bestandteile zumindest anteilig aus einem kohlenstoffhaltigen Material und/oder einem oder mehreren Metalloxiden gebildet ist. Besonders geeignet sind insbesondere Carbon Nano Tubes (CNTs), Karbonfasern, Ruß, Karbon, intrinsisch leitfähiger Kunststoff, rußgefülltes Lycocell, Graphit, aromatische Verbindungen, insbesondere heterozyklische Verbindungen wie Azole und Pyrrole, sowie deren Polymere und direkt auf der metallischen Oberfläche polymerisiertes PEDOT/PSS.
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Günstig ist, wenn zwischen dem Leitmantel 54 und dem Kernstrang 52 eine Zwischenschicht 59 in Form einer Oxidschicht, z. B. aus Kupferoxid, vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die Zwischenschicht zumindest teilweise aus einem Oxid des Materials des Kernstranges 52 gebildet und das Oxid und/oder die Zwischenschicht elektrisch leitfähig. Dadurch erhöht sich die Korrosionsschutzwirkung. Die Zwischenschicht 59 sollte im Wesentlichen porendicht sein. Dies lässt sich erreichen, wenn die Zwischenschicht, der Leitmantel 54 und/oder eine Trägermatrix das Ergebnis eines elektrolytischen Abscheidungsprozesses sind.
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Als Leitpartikel 7 sind faserartige Partikel besonders geeignet, da sie bei einer Einbettung in eine Trägermatrix eine bessere Stromleitfähigkeit ermöglichen. Besonders geeignet sind Kohlenstoff-Nanoröhren, Grafit-Nano-Fasern oder Karbonfilamente. Dies gewährleistet eine gute elektrische Leitfähigkeit, mechanische Robustheit und Korrosionsfestigkeit. Kohlenstoff-Nanoröhren (CNT) sind röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoff mit einem Durchmesser von ca. 1–50 nm und einer Länge von bis zu mehreren Millimetern. Die elektrische Leitfähigkeit der Röhre ist metallisch, halbleitend oder bei tiefen Temperaturen supraleitend. CNTs haben eine Dichte von 1,3–1,4 g/cm3 und eine Zugfestigkeit von 45 Milliarden Pascal. Die Strombelastbarkeit beträgt ca. das 1000-fache von Kupferdrähten. Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei Raumtemperatur bei 6000 W/m·K. Grafit-Nano-Fasern sind (massive) Fasern aus Kohlenstoff mit einem Durchmesser kleiner als 1 μm.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Bezug
- 3
- Polster
- 4
- Klimatisier-Einrichtungen
- 5
- Kontaktleiter
- 7
- Leitpartikel
- 8
- Träger
- 10
- Zu beheizende Oberfläche
- 44
- Heizeinrichtung
- 45
- Widerstands-Einrichtung
- 46
- Kontaktier-Einrichtung
- 50
- Kontaktleiter-Strang
- 52
- Kernstrang
- 54
- Leitmantel
- 55
- Leitstrang
- 58
- Stützstrang
- 59
- Zwischenschicht
- 70
- Heizwiderstand
- 99
- Kraftfahrzeug
- 100
- Zu beheizender Gegenstand
- 101
- Lenkeinrichtung
- 102
- Lenkrad
- 103
- Armaturenbrett
- 105
- Türverkleidung
- 110
- Sitz
