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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Heizapparat, das Herstellungsverfahren hierfür und ein Heizsystem für elektrische Decken/Teppiche, und insbesondere, einen elektrischen Heizapparat, das Herstellungsverfahren hierfür und ein Heizsystem für elektrische Decken/Teppiche mit einem Heizelement (z. B. einem elektrischen Heizfilament, einem Kohlefaserstoff, einen Kohlefaserfilament etc.).
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BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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Flexible Folienheizer, die durch Biegung, ein leichtes Gewicht und Dünnheit gekennzeichnet sind, werden umfangreich in Kleidungsstücken, Knieschonern, Hüftträgern, Handschuhen, Einlegesohlen, Ohrenschützern oder Hüftpolstern benutzt, um den Anwender warm zu halten.
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Die Struktur eines flexiblen Folienheizers gemäß dem Stand der Technik umfasst im Wesentlichen: eine metallische Schleife, die durch chemisches Ätzen oder Stanzen einer Metallfolie gebildet ist; zwei flexible hitzeresistente Isolierfolien, zwischen denen die Metallschleife sandwichmäßig angeordnet ist; und zwei Energieversorgungsleitungen, die mit den zwei Enden der Metallschleife verbunden sind und die sich über die zwei Isolierschichten hinaus erstrecken, um einen elektrischer Strom einzuspeisen, der durch die Metallschleife fließt, um Hitze zu erzeugen. Ein weiterer flexibler Folienheizer aus dem Stand der Technik umfasst: eine erste flexible hitzeresistente Isolationsfolie; eine mittels einer Drucktechnik auf die erste Isolationsfolie gedruckte Karbonschleife; und eine zweite flexible hitzeresistente Isolationsfolie, die mit der Karbonschleife dazwischen oberhalb der ersten flexiblen hitzeresistenten Isolationsfolie angeordnet ist. In ähnlicher Weise umfasst der Heizer zwei Energieversorgungsleitungen, die entsprechend mit den zwei Enden der Karbonschleife verbunden sind und sich über die zwei Isolationsfolien hinaus erstrecken. Auch wenn die vorstehend beschriebenen zwei flexiblen Folienheizer nach dem Stand der Technik leicht und dünn sind und geringfügig gebogen werden können, können sie jedoch nicht zusammengefaltet werden und haben dementsprechend einen sehr limitierten Anwendungsbereich. Wenn sie benutzt werden, um Gegenstände mit großen Flächen, wie elektrische Decken und Bettdecken, herzustellen, sind diese Gegenstände aufgrund des Fehlens von Flexibilität steif.
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Das
TW-Patent mit der Nummer 1308465 offenbart ein Herstellungsverfahren eines flexiblen Folienheizers durch Nutzung eines elektrisch leitenden Stoffes als Hitzequelle, umfassend die Schritte: Vorbereiten eines elektrisch leitenden Stoffes und eines Trägerteils, der Trägerteil wird aus einer PET-Folie geformt und ein Acrylkleber an einer Seite der PET-Folie angebracht; Zusammenbringen der PET-Folie und des elektrisch leitenden Stoffes durch Anhaften des Acrylklebers an einer Seite des elektrisch leitenden Stoffes mittels eines Anpressprozesses; Stanzen des elektrisch leitenden Stoffes um ein Heizelement mit einem vorgegebenen Schleifenmuster zu bilden; Verbinden einer aus einem thermoplastischen Material hergestellten flexiblen Schutzfolie mit einer Seite des Heizelements gegenüberliegend der Seite, an welcher die PET-Folie anhaftet nach Anbringung eines leitenden Klebstoffs an jedes der zwei Enden des Heizelementes und Anbringung einer entsprechenden Energieversorgungsleitung daran; Verbinden einer aus einem thermoplastischen Material hergestellten flexiblen Schutzfolie mit der anderen Seite des Heizelements gegenüber der mit der Schutzfolie ausgestatteten Seite um den flexiblen Heizer nach Entfernung der PET-Folie zu vervollständigen. Der Heizer hat jedoch den Nachteil, dass eine separate Form hergestellt werden muss, um ein vorgegebenes Schleifenmuster aus einem elektrisch leitenden Stoff zu stanzen. Dies führt zu einem komplizierteren Herstellungsprozess und erhöht signifikant die Kosten. Des Weiteren sind flexible Folienheizer, die gemäß dieses Verfahrens hergestellt wurden, nur in kleinen Gegenständen, wie Kleidungen, Kniepolster, Hüftstützen, Handschuhen, Einlegesohlen, Ohrenschützern oder Hüftkissen anwendbar und können nicht in Gegenstände mit großen Flächen, wie elektrische Decken/Teppiche oder Bettdecken, verwendet werden. Dementsprechend ist das Verfahren zur Herstellung flexibler Folienheizer unter Verwendung eines elektrisch leitenden Stoffes als Wärmequelle unbrauchbar und muss verbessert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Heizapparat, das Herstellungsverfahren hierfür und ein Heizsystem für elektrische Decken/Teppiche bereitzustellen, umfassend: ein elektrisches Heizfilament, ein Kohlefaserfilament oder eine Kohlefaserstoff als Heizelement; ein selbstklebendes hitzeresidentes Bandmaterial, welches das Heizelement umhüllt; und einen Metallleiter, der mit zwei entgegengesetzten Enden von jeweils dem Heizelement und dem Klebebandmaterial in einer serien-parallelen Art verbunden ist, um den Heizapparat zu bilden, wobei der Heizapparat eine exzellente Biegsamkeit und Flexibilität in der Ausgestaltung der Leitfähigkeit (in einer serien-parallelen Art) aufgrund einer Mehrzahl von Freiräumen darin aufweist und in Gegenständen mit großen Flächen, wie elektrische Decken, anwendbar ist.
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Ein Heizapparat für elektrische Decken/Teppiche, der das oben genannte Ziel erreicht, umfasst: Ein Heizelement; ein Klebebandmaterial, das integral verbunden ist und das Heizelement darin umhüllt; einen Metallleiter, der mit zwei entgegengesetzten Enden von jeweils dem Heizelement und dem Klebebandmaterial in einer serien-parallelen Art verbunden ist; und eine Leitung die den Metallleiter und ein Energieversorgungsterminal verbindet, wobei zwischen den beabstandeten Heizelementen ein Freiraum definiert ist.
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Bevorzugt ist der Metallleiter von dem Klebebandmaterial umhüllt.
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Bevorzugt ist der Metallleiter ein Kupfermetall.
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Bevorzugt ist das Klebebandmaterial hitzeresistentes PET oder PI.
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Bevorzugt ist das Klebebandmaterial ein selbstklebendes mittels seines Klebstoffs verbundenes Material.
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Ein Herstellungsverfahren eines Heizapparates für elektrische Decken/Teppiche umfasst die Schritte: (a) Verwenden eines Heizelementes; (b) integrales Verbinden eines Klebebandmateriales und Einhüllen des Heizelement hierin; (c) Verbinden eines Metallleiters mit zwei entgegengesetzten Enden von jeweils dem Heizelement und dem Klebebandmaterial in einer serien-parallelen Art; und (d) Verbinden des Metallleiters mit einem Energieversorgungsterminal mittels einer Leitung.
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Ein Heizsystem für elektrische Decken/Teppiche umfasst: Einen Heizapparat; einen mit dem Heizapparat elektrisch verbundenen Controller; ein mit dem Controller elektrisch verbundenes Relais; und eine Energieversorgung, die das Relais mit Energie versorgt.
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Bevorzugt ist das Relais ein druckresistentes Relais, das eine Isolationsspannung von 3.000 Volt Wechselspannung (VAC) aufweist.
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Bevorzugt ist der Controller ein Temperaturcontroller.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren eines Heizapparates gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2A ist eine schematische Darstellung, die die Verbindung eines Heizelementes und eines Klebebandmateriales gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
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2B ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie C-C in 2A.
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3A ist eine schematische Darstellung, die die Verbindung eines Heizelementes und eines Klebebandmaterials gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
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3B ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie D-D in 3A.
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4 ist eine Schnittdarstellung, die die Verbindung eines Heizelementes und eines Klebebandmaterials gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
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5 ist eine Schnittdarstellung, die die Verbindung eines Heizelementes und eines Klebebandmaterials gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
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6 ist eine schematische Darstellung die die Anordnung des Heizapparates durch die Verbindung der Metallleiter, der Heizelemente und des Klebebandmaterials zeigt.
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7 ist ein Blockdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Heizsystem zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wenngleich die Erfindung umfassend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügten Zeichnungen beschrieben wird, muss vorausgehend verstanden sein, dass diejenigen mit der Technik Vertrauten Modifikationen an der beschriebenen Erfindung vornehmen können und dabei den gleichen Effekt erreichen, und dass die nachfolgende Beschreibung eine allgemeine Darstellung für die mit der Technik Vertrauten ist und nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung beschränken soll.
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1 ist ein Flussdiagramm, das ein Herstellungsverfahren eines Heizapparates für elektrische Decken/Teppiche gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, das die folgenden Schritte umfasst.
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In Schritt 1: Ein Heizelement 1 wird verwendet. 2A ist eine schematische Darstellung, welche die Verbindung des Heizelementes und des Klebebandmaterials zeigt. In dieser Ausführungsform benutzt die Erfindung ein erhältliches Material – das flexible Heizelement 1, wie zum Beispiel ein elektrisches Heizfilament, einen Kohlefaserstoff, oder ein Kohlefaserfilament, gekennzeichnet dadurch, dass das Heizelement 1 Wärme erzeugt, sobald ein elektrischer Strom hierdurch fließt.
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In Schritt 2 wird das Klebebandmaterial 2 integral verbunden und umhüllt das Heizelement 1 hierin. Bezugnehmend auf 2A kann ein Klebebandmaterial 2 ein PET oder PI und hitzeresistent sein. Das Klebebandmaterial 2 ist ein selbstklebendes Material, das durch seinen Klebstoff integral verbunden ist. Es gibt vier Ausführungsformen das Heizelement 1 mit dem Klebebandmaterial 2 zu umhüllen, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.
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Die erste Ausführungsform ist in 2A und 2B gezeigt. 2A ist eine schematische Darstellung, welche die Verbindung des Heizelementes und Klebebandmaterials zeigt; 2B ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie C-C in 2A. Das Klebebandmaterial 2 umhüllt das Heizelement 1 darin, wobei eine Verbindungsstelle 4, an der eine innerste erste Schicht des Klebebandmaterials 2 mit sich selbst verbunden ist, auf der oberen Seite 1 des Heizelements 1 ist, eine Verbindungsstelle 4', an der eine zwischengelagerte zweite Schicht des Klebebandmaterials 2 mit sich selbst verbunden ist, an der unteren Seite des Heizelementes 1 ist, und eine Verbindungsstelle 4'', an der eine äußere dritte Schicht des Klebebandmaterials 2 mit sich selbst verbunden ist, an einer oberen Seite des Heizelement 1 ist. Es ist erwähnenswert, dass die Verbindungsstellen 4, 4' und 4'', an denen das Klebebandmaterial 2 mit sich selbst verbunden ist, in einer alternativen Ausbildung an der linken Seite oder der rechten Seite des Heizelementes 1 angeordnet sein können. Des Weiteren wird das Heizelement 1 von zumindest drei Schichten des Klebebandmaterials 2 umhüllt.
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Die zweite Ausführungsform ist in den 3A und 3B dargestellt. 3A ist eine schematische Darstellung, welche die Verbindung des Heizelementes und des Klebebandmaterials zeigt; 3B ist eine Schnittdarstellung entlang der Linien D-D von 3A. Das Klebebandmaterial 2 umhülltt das Heizelement 1 hierin, wobei eine innerste erste Schicht des Klebebandmaterials 2 das Heizelement 1 in einer invertiert C-geformten Art umhüllt, eine zwischengelagerte zweite Schicht des Klebebandmaterials 2 die erste Schicht des Klebebandmaterials 2 in eine C-geformten Art umhülltt, und eine äußerste dritte Schicht des Klebebandmaterials 2 die zwischengelagerte zweite Schicht des Klebematerials 2 in einer invertiert C-geformten Art umhüllt. Es ist erwähnenswert, dass das Heizelement 1 von zumindest drei Schichten des Klebebandmaterials 2 umhüllt ist.
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Die dritte Ausbildungsform ist in 4 dargestellt. 4 ist eine Schnittdarstellung, welche die Verbindung des Heizelementes und des Klebebandmaterials zeigt. Das Klebebandmaterial 2 umhüllt das Heizelement 1 darin, wobei die Verbindungsstellen 4, 4' und 4'', an denen das Klebebandmaterial 2 mit sich selbst verbunden ist, in einer alternativen Ausbildung an der linken oder rechten Seite des Heizelementes 1 angeordnet sind. Das ist eine Variation der ersten Ausbildungsform. Es ist erwähnenswert, dass das Heizelement 1 von zumindest drei Schichten des Klebebandmaterials 2 umhülltt ist.
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Die vierte Ausbildungsform ist in 5 dargestellt. 5 ist eine Schnittdarstellung, welche die Verbindung des Heizelementes und des Klebebandmaterials zeigt. Das Klebebandmaterial 2 umhülltt das Heizelement 1 darin, wobei eine innerste erste Schicht des Klebebandmaterials 2 das Heizelement 1 in einer U-geformten Art und einer invertiert U-geformten Art umhüllt und in der Ausbildung von zwei Verbindungsstellen 4 resultiert, eine zwischengelagerte zweite Schicht des Klebebandmaterials 2 die erste Schicht des Klebebandmaterials 2 umhüllt und in einer Ausbildung einer Verbindungsstelle 4' resultiert, und eine äußerste dritte Schicht des Klebebandmaterials 2 die zwischengelagerte zweite Schicht des Klebebandmaterials 2 umhüllt und in der Ausbildung einer Verbindungsstelle 4'' resultiert. Die Verbindungsstellen 4, 4' und 4'' des Klebebandmaterials 2 sind an der oberen Seite, der unteren Seite, der linken Seite und der rechten Seite des Heizelementes 1 in einer alternativen Ausführung angeordnet. Dies ist eine weitere Variation der ersten Ausführungsform. Es ist erwähnens, dass das Heizelement 1 von zumindest drei Schichten des Klebebandmaterials 2 umhüllt ist.
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Eine Vielzahl von weiteren Ausführungsformen können gemäß den Erfordernissen in Betracht gezogen werden, und diese Ausführungsformen können Kombinationen von der ersten bis vierten Ausführungsform sein.
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In Schritt 3 werden ein Metallleiter 5 und ein Metallleiter 6 mit entsprechenden zwei entgegengesetzten Enden von jeweils dem Heizelement 1 und dem Klebebandmaterial 2 verbunden. 6 ist eine schematische Darstellung, welche die Ausbildung eines Heizapparates durch Verbinden der Metallleiter, des Heizelementes und des Klebebandmaterials zeigt. Eine Vielzahl der Heizelemente 1 und des Klebebandmaterials 2 sind parallel angeordnet, und eine Vielzahl der Metallleiter 5 und 6 sind entsprechend mit zwei entgegengesetzten Enden (beispielsweise dem linken Ende und dem rechten Ende) von jeweils den Heizelement 1 und dem Klebebandmaterial 2 in einer serien-parallelen Art verbunden und formen hierdurch den Heizapparat 7 der vorliegenden Erfindung, wobei die Vielzahl der Metallleiter 5 und 6 mit dem Heizelement 1 verbunden sind.
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In Schritt 4 werden die Metallleiter 5 und 6 mit einem Anoden-Energieversorgungsterminal 14 und einem Katoden-Energieversorgungsterminal 15 mittels einer Leitung 13 verbunden. Die Metallleiter 6 sind mit dem Anoden-Energieversorgungsterminal 14 mittels der Leitung 13 verbunden, und die Metallleiter 5 sind mit dem Katoden-Energieversorgungsterminal 15 über die Leitung 13 verbunden. Der Heizapparat 7 kann durch Bereitstellung eines elektrischen Stroms an dem Anoden-Energieversorgungsterminal 14 und dem Katoden-Energieversorgungsterminal 15 Wärme erzeugen.
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Bezug nehmend auf 6 umfasst der Heizapparat 7 der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Heizelementen 1. In dieser Ausführungsform ist es optimal, dass die Heizelemente 1 zueinander parallel angeordnet sind und ein Freiraum 12 zwischen den benachbarten Heizelementen vorhanden ist, dass das Klebebandmaterial 2 integral verbunden ist und das Heizelement 1 umhüllt und dass eine Vielzahl der Metallleiter 5, 6 jeweils an zwei entgegengesetzten Enden von jeweils dem Heizelement 1 und dem Klebebandmaterial 2 angeordnet sind, um als Energieversorgungsterminals zu wirken. Es ist erwähnenswert, dass die Metallleiter 5, 6 aus Kupfermetall sind und optional von dem Klebebandmaterial 2 umhüllt sein können, um den Verlust von Elektrizität zu verhindern. Wenn ein elektrischer Strom in die Metallleiter 5, 6 geleitet wird, wird der elektrische Strom durch das Heizelement 1 fließen und das Heizelement 1 dazu veranlassen, Wärme zu generieren. Wenn der Heizapparat 7 der vorliegenden Erfindung die Konfiguration von 6 verwendet und in ein Stoffprodukt 20 (beispielsweise eine elektrische Decke/Teppich mit einer großen Fläche) eingehüllt ist, kann das Gewicht signifikant reduziert werden und die Weichheit kann aufgrund der Vielzahl von Freiräumen 12 (die Anordnung der Metallleiter 5, 6 in einer serie-parallelen Art kann die Flexibilität in der Ausgestaltung der Leitfähigkeit erhöhen) erhöht werden, so dass die elektrische Decke/Teppich weiterhin leicht und weich ist.
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7 ist ein Blockdiagramm, das ein Heizsystem der vorliegenden Erfindung zeigt. Bitte hierzu auch auf 6 Bezug nehmen. Das Heizsystem 10 der vorliegenden Erfindung umfasst: den Heizapparat 7, der durch Verbindung der Metallleiter 5, 6, der Heizelemente 1 und des Klebebandmaterials 2 geformt ist; einen mit dem Heizapparat 7 elektrisch verbundenen Controller 9; ein mit dem Controller 9 elektrisch verbundenes Relais 8; und eine Energieversorgung 11, die das Relais 8 mit Energie versorgt. Bevorzugt ist das Relais 8 ein druckresistentes Relais, das eine Isolationsspannung von zumindest 2500 VAC aufweist. Bevorzugt bietet es eine Isolationsspannung von 3.000 VAC. Der Controller 9 ist ein Temperatur-Controller, der benutzt werden kann, um die Temperatur der durch den Heizapparat 7 der vorliegenden Erfindung erzeugte Wärme einzustellen.
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Die Sicherheits-Spezifikationen für die vorliegende Erfindung sind wie folgt: 1. Wenn das Heizelement nur mit einer Schicht des Klebebandmaterials umhüllt ist, muss die Dicke der Schicht des Klebebandmaterials zumindest über 1 Millimeter haben; wenn das Heizelement mit mehr als drei Schichten des Klebebandmaterials umhüllt ist, gibt es keine Beschränkungen bzgl. der Dicke der Schicht des Klebebandmaterials. 2. Bei einer 110 VAC Energieversorgung muss der Kriechweg (CR) des Klebebandmaterials zumindest über 6 Millimeter liegen. Für eine 220 VAC Energieversorgung muss der Kriechweg (CR) des Klebebandmaterials zumindest über 8 Millimeter liegen.
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Der Heizapparat der vorliegenden Erfindung hat die folgenden Vorteile:
- 1. Die Metallleiter, die an zwei entgegengesetzten Enden von jeweils dem Heizelement und dem Klebebandmaterial in einer serien-parallelen Art angeordnet sind, können verwendet werden, um die insgesamte Ausgangsleistung einzustellen, so dass die Flexibilität in der Ausgestaltung der Leitfähigkeit erhöht ist, ohne durch die Materialeigenschaften limitiert zu sein.
- 2. Die durch leichtes Gewicht, Dünnheit und Flexibilität gekennzeichnete vorliegende Erfindung hat einen weiten Anwendungsbereich bei (sehr großen) Gegenstanden mit großen Flächen, wie elektrische Decken/Teppiche, um dem Anwender Wärme zur Verfügung zu stellen.
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Auch wenn diese Erfindung mittels bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, muss verstanden werden, dass diese Erfindung nicht hierauf beschränkt ist und dass verschiedene Änderungen und Variationen hiervon durch diejenigen in der Technik Vertrauten gemacht werden können ohne von der Idee und dem Umfang dieser Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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