DE102013226911A1

DE102013226911A1 - Elektrisch heizbares Flächenelement

Info

Publication number: DE102013226911A1
Application number: DE102013226911.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gerken; Günter Prömpsen; Jürgen Bühring
Original assignee: Benecke Kaliko AG
Current assignee: Benecke Kaliko AG
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2015-06-25
Also published as: EP3085198B1; WO2015090666A1; EP3085198A1

Abstract

Elektrisch heizbares Flächenelement mit einer auf einer elektrisch nichtleitenden Trägerschicht aufgebrachten elektrisch leitfähigen Beschichtung, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung auf mindestens einer Teilfläche der Trägerschicht in einer Maschen und Knoten bildenden Netz- oder Gitterstruktur zwischen den Elektroden aufgebracht ist, wobei der elektrische Gesamtwiderstands des Flächenelements durch die Form des Netzes oder Gitters und durch die auf die Gitterform angepasste Auftragsstärke der Beschichtung einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch heizbares Flächenelement mit einer auf einer elektrisch nichtleitenden Trägerschicht aufgebrachten und über Elektroden kontaktierten elektrisch leitfähigen und als Widerstandsheizung ausgebildeten Beschichtung sowie ein Heizsystem und eine Heizung daraus sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Flächenelementes.
Flächenheizelemente sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Beheizbare Oberflächen wie Sitzheizungen gehören heutzutage z. B. bei vielen Kraftfahrzeugen zur serienmäßigen Ausstattung. Dabei werden neben elektrischen Heizsystemen, die sich nicht in einem festen Verbund mit dem darüber liegenden Dekor- und Sitzfläche befinden, auch direkt beheizbare Materialien eingesetzt, die eine integrierte elektrische Heizfunktion besitzen. Neben der Anwendung als Heizung können solche Elemente auch als Sensoren, Schalter, Antennen etc. eingesetzt werden. Als elektrische Widerstandsheizung lässt sich im Prinzip jedes Material verwenden, dass bei Stromdurchfluss einen elektrischen Widerstand besitzt, der zur Erwärmung dieses Materials führt. Verbreitet als Sitzheizungen sind nach wie vor Litzenheizungen, also in textiles Material, Leder oder Kunstleder eingebettete Heizdrähte, die anfällig für Brüche sind, relativ große unbeheizte Flächen zwischen den Litzen besitzen und sich hinsichtlich des elektrischen Widerstandes nicht verändern lassen. Des Weiteren lassen sich elektrisch leitfähige Textilien als elektrische Widerstandsheizung nutzen.
So offenbart die EP 1 835 786 A1 ein Flächenheizelement mit einem Gewebe, welches Fäden in Schuss und Kettrichtung aufweist und in welchem mindestens ein Teil der Fäden als elektrisch leitende Fäden ausgeführt und gruppenweise zu Heizbändern zusammengefasst sind. Dabei sind die elektrisch leitenden Fäden jeder Gruppe in einem Anfangs- und einem Endbereich durch eine flächige Verbindungseinrichtung elektrisch verbunden und die Heizbänder über die Verbindungseinrichtungen miteinander elektrisch verschaltet.. Die elektrisch leitenden Fäden müssen sehr dünn sein, um genügend Flexibilität in z.B. Sitzbelägen aufzuweisen. Die Herstellung solcher dünner elektrisch leitender Fäden ist schwierig. Außerdem können Überhitzungen und Risse entstehen.
Die WO 2007/031324 A1 offenbart ein Heizelement, umfassend mindestens eine Lage einer Matrix aus funktionalen Fasern, wobei die Matrix elektrisch leitfähig und/ oder erwärmbar ist, über Kontaktleitungen mit einer Strom- oder Spannungsquelle verbindbar ist, gegeneinander elektrisch isolierte leitende Abschnitten umfasst und zumindest bereichsweise ausschließlich nichtmetallische Fasern als funktionale Fasern umfasst, z. B. Kohlenstofffasern. Die Herstellung ist nicht einfach und der Widerstandswert durch die verwendeten Bauteile eingeschränkt.
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung einer Sitzheizung für Kraftfahrzeuge wird beispielsweise in DE 42 33 118 A1 beschrieben. Hierbei wird ein Gewebe als Heizmatte verwendet, welches aus Kohlenstofffasern besteht, die einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Um diese Heizmatte mit Strom zu versorgen, sind an den Enden jeweils Zuleitungs- beziehungsweise Kontaktdrähte vorgesehen. Einer der Kontaktdrähte wird geerdet, wohingegen ein anderer mit Spannung beaufschlagt wird. Durch die Potentialdifferenz fließt ein Strom überdie Kohlenstofffasern des Gewebes zu dem geerdeten Kontaktdraht und erzeugt hierbei Wärme Eine derartige Heizmatte ermöglicht theoretisch eine gleichmäßig konstante Wärmeabgabe über die gesamte Fläche, jedoch ist eine Konzentration der Wärmeentwicklung an bestimmten Stellen mit dieser Heizmatte nicht möglich. Auch besteht das Problem, dass die Anforderung an das Kohlenstofffasergewebe in Bezug auf die Gleichmäßigkeit sehr hoch ist, um eine wirklich gleichmäßige Wärmeverteilung zu erreichen. Das wiederum erschwert die Herstellung, wie oben bereits angemerkt.
Ein anderes Flächenheizelement ist in DE 41 10 36 425 A1 offenbart. Hierbei sind in einem gewirkten textilen Grundmaterial sinusförmige Schussfäden vorgesehen, die als Heizleiter fungieren. Zur Stromzuführung an diese Heizleiter sind Stromzuführungsleiter vorgesehen, an welche die Heizleiter jeweils geführt werden. Wie beschrieben, muss ein besonderes Augenmerk auf die Kontaktierung der Heizleiter mit den Stromzuführungsleitern gelegt werden. Dies wird durch eine lange Kontaktstrecke zu erreichen versucht, was etwas ungünstig ist.
Die DE 10 2012 000 445 A1 offenbart Sitzheizung für ein Polster eines Fahrzeugsitzes mit wenigstens einem durch eine Steuerungseinrichtung ansteuerbaren und mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Heizelement, wobei das Heizelement eine Heizschicht aufweist, welche durch einen Heizlack gebildet ist. So sollen sich individuelle und bedarfsgerechte Heizelemente in Form und Größe erzeugen lassen. Damit lässt sich zwar die Geometrie der Heizelemente, nicht jedoch deren elektrischer Widerstand einstellen.
Die DE 102005050459 B3 offenbart ein flexibles Flächenheizelement für Sitzheizungen, mit einem Heizfeld aus leitfähigen Fasern, die mit einer Kontaktleiste elektrisch leitend verbunden sind. Mindestens eine Kontaktleiste enthält einen Anteil an Leitern in Form von Stahlfilamenten und einen Anteil an Leitern in Form von Filamenten einer höheren Leitfähigkeit als die der Stahlfilamente, wobei die beiden Leiterarten elektrisch untereinander verbunden sind und mittels textiler und/oder metallischer Fäden auf einem textilen Band gehalten werden. Die Leiter höherer Leitfähigkeit verlaufen wellen- oder mäanderförmig, die jeweiligen Stahlleiter kreuzend und mit den erstgenannten in Kontakt stehend. Die Leiter höherer Leitfähigkeit liegen über oder unter den Stahlfilamenten. Hierdurch soll das Flächenheizelement beim Brucheinzelner dünner Filamente ohne Überhitzung weiter betrieben werden können. Die Herstellung ist natürlich überaus aufwendig.
DE 41 24 684 A1 offenbart ein in einem elastischen Trägermaterial integriertes Flächenheizelement, bestehend aus im wesentlichen parallel angeordneten Heizdrähten, die an ihren Enden und/oder Umlenkstellen mit Stromzuführungsleitern elektrisch verbunden sind. Jeder Stromzuführungsleiter ist als flexible Kontaktierungsleiste mit mehreren Einzelleitern ausgebildet, die mit den Heizdrähten elektrisch parallel geschaltet sind. Damit versucht man, größere Flexibiltät auch für die Elektroden/Kontaktelemente zu erreichen. Auch hier ist die Herstellung recht aufwendig und die Gefahr von Überhitzungen bei Brüchen nicht eliminiert.
Die WO 2005/020246 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung elektrisch leitfähiger, flexibler Flächengebilde, umfassend das Aufbringen einer wässrigen, filmbildenden Polymerzusammensetzung, welche ein Bindemittel B mit einem nicht filmbildenden Pulver mit Kern-SchaleMorphologie aufweist. Dabei besteht das die Schale bildende Material aus wenigstens einem Edelmetall oder einer überwiegend aus wenigstens einem Edelmetall bestehenden Legierung. Die Polymerzusammensetzung wird in Form eines netzförmigen Musters auf die Oberfläche eines flexiblen, flächigen Trägers aufgebracht, der elektrischen Strom nicht leitet.
Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, ein bruchfestes und gegen Überhitzungen resistentes heizbares Flächenelement bereitzustellen, welches sich in seinen elektrischen Eigenschaften und in seinen Heizeigenschaften gut in heutige Regelungssysteme einbinden lässt.
Es bestand weiterhin die Aufgabe, ein flexibles und ggf. auch dehnfähiges elektrisch leitfähiges flexibles Flächengebilde, als dekoratives Flächenelement im Kfz-Innenraum einzusetzen, eine beliebige Anzahl solcher Flächenelemente mit jeweils unterschiedlichen Geometrien mittels einer handelsüblichen elektronischen Sitzheizungssteuerung jeweils geregelt auf eine definierte Oberflächentemperatur zu bringen, so dass die Oberflächentemperaturen in allen Heizflächen gleich sind und die gewünschte Temperatur im Vergleich zu einer handelsüblichen Sitzheizung schnell erreicht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
Dabei ist die elektrisch leitfähige Beschichtung auf mindestens einer Teilfläche der Trägerschicht in einer Maschen und Knoten bildenden Netz- oder Gitterstruktur zwischen den Elektroden aufgebracht und der elektrische Gesamtwiderstands des Flächenelements durch die Form des Netzes, Gitters oder eines anderen Musters und durch die auf die Gitterform angepasste Auftragsstärke der Beschichtung einstellbar.
Durch solche Flächenelemente sind Heizmatten vorhanden, die sich bei einer festgelegten Geometrie hinsichtlich des elektrischen Widerstandes und somit in ihrer spezifischen Heizleistung, d.h. in der erreichbaren Temperatur einstellbar sind und für eine genaue Temperaturregelung mit einer handelsüblichen einfachen Sitzheizungsregelung eingesetzt werden können, bei denen üblicherweise der elektrische Widerstand der Heizflächen bekannt und in engen Toleranzen vorgegeben sein muss.
Eine diesbezüglich typische Aufgabe ist z.B. die Beheizung eines Automobilsitzes mit Heizelementen in der Sitzfläche, in zwei Sitzflächenseitenwangen, in der Lehnenfläche und in den zwei Lehnenseitenwangen mittels einer handelsüblichen Sitzheizungsregelung. Die Heizflächen sind in der Regel überwiegend rechteckig. Die erfindungsgemäßen Flächenelemente können auch auch mit beliebigen alternativen Heizmatten kombiniert werden, wobei zur Temperaturregelung diesselben handelsüblichen Steuerungen eingesetzt werden können.
Bei der handelsüblichen Sitzheizungs-Steuergeräten handelt es sich beispielsweis um die Sitzheizungssteuerung SM LC-1 von Continental Temic. Dieses Gerät kann parallel in zwei Heizkreisen bzw. Heizmatten die Temperatur regeln und ist ein Ein-Kreis- Sitzheizungsregler. Es steuert 2 Heizmatten an, wobei nur in einer Heizmatte ein Temperaturfühler verbaut ist. Die zweite Heizmatte ohne Temperaturfühler wird mit der gleichen pulsweiten-modulierten Leistung angesteuert wie die geregelte Heizmatte. Geregelt wird auf einen Sollwert. Der aktuelle Istwert wird vom Temperaturfühler geliefert. Zur Ansteuerung der Sitzheizungsmodule von einem Mastersteuergerät wird eine bidirektional betriebene PWM-Schnittstelle (PWM = Pulsweitenmoduliert) verwendet.
Die Regelungstechnik solcher Sitzheizungs-Steuergeräte erlaubt einen fehlerfreien Betrieb nur innerhalb bestimmter Stromgrenzen. So ist hier der Mindeststrom größer oder gleich 2,1A und der Maximalstrom kleiner als 12,8A. Das bedeutet, dass bei zwei Flächenheizelemente, bzw. Heizmatten (zwei Heizkreise) und einer Versorgungsspannung von 12 Volt bei einer Parallelschaltung der Heizkreise mindestens 1,05 A fließen müssen, was gemäß R = U/I einem Mindestwiderstand von 11,4 Ω entspricht, bzw. einem Maximalwiderstand von 0,94 Ω entspricht. Für einen fehlerfreien Betrieb müssen also beide Heizkreise einen elektrischen Widerstand zwischen 0,94 und 11,4 Ω besitzen.
Die erfindungsgemäßen Flächenheizelemente können nun auf einfache Weise durch die Ausbildung der Form des Netzes oder Gitters und durch die auf die Gitterform angepasste Auftragsstärke der Beschichtung in ihrem Widerstand so eingestellt werden, dass sie problemlos mit einer solchen Standard-Sitzheizungsregelung betrieben werden können.
Eine vorteilhafte Weiterbildung in diesem Sinne besteht auch darin, dass zusätzlich das Breiten-Höhenverhältnis und der Elektrodenabstand des Flächenelementes nach seiner Applikation als Parameter zur Festlegung des elektrischen Gesamtwiderstands einstellbar sind. So führt z. B. eine Verkürzung der Flächenheizelemente bei gleichbleibenden Elektrodenabständen zu einer Vergrößerung des resultierenden elektrischen Widerstandes, da sich die elektrisch leitfähigen Netz- oder Gitterlinien wie parallel geschaltete Widerstände verhalten.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Rückseite einer die Trägerschicht bildenden dekorativen Folie bzw. eines dekorativen Kunstleders oder zwischen einer Trägerschicht und einer dekorativen Folie als Deckschicht aufgebracht ist. Das vereinfacht die Anpassung auf den Anwendungszweck und liefert für die Sitzherstellung einfach zu verarbeitende Komponenten.
Ein im Sinne einer einfachen und prozesssicheren Herstellung besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrisch heizbares Flächenelementes besteht darin, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung als elektrisch leitfähige viskose Paste in Form einer Netz- oder Gitterstruktur auf die Trägerschicht aufbracht und danach getrocknet wird und aushärtet.
Eine vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die getrocknete Masse der aufgetragenen elektrisch leitfähigen viskosen Paste ca. 10 g/m² bis 500 g/m² beträgt. Vorzugsweise beträgt diese ca. 20 g/m² bis 200 g/m², insbesondere ca. 30 g/m² bis 80 g/m². Dies erzeugt eine sichere Haftung der Netz- oder Gitterstruktur und stellt gleichzeitig die erforderliche Flexibilität des Gesamtgebildes bereit.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die elektrisch leitfähige viskose Paste zusammengesetzt ist aus

– 345 g einer wässrigen aliphatischen Polyester-Polyurethandispersion mit 50 % Festkörpergehalt
– 6 g eines assoziativ wirksamen Verdickers,
– 258,75 g feinteilige Füllstoffpartikel mit dendritischer Form auf Basis von oberflächlich mit Silber beschichtetem Kupfer
– 86,25 g feinteilige Partikeln mit sphärischer oder länglicher Gestalt
– 5 g eines Isocyanatvernetzers auf Basis von trimeren Hexamethylendiisocyanat mit 21,8 % Gehalt an freien Isocyanatgruppen

Dabei wird z. B. Kunstleder, bestehend aus einem textilen Träger und einer ein- oder mehrschichtigen polymeren Beschichtung, beispielsweise auf Basis von PVC und/oder Polyolefinen und/oder Polyurethan, auf der freien, sichtbaren Textilseite mit der unten beschriebenen Polymermasse bedruckt. Als Textil wird ein Polyestergewebe mit 47 g/m² Flächengewicht verwendet. Die Beschichtungsmasse wird mit einem gewünschten Druckmuster auf die textile Oberfläche gleichmäßig aufgetragen, so dass die getrocknete Masse der aufgetragenen erfindungsgemäßen Beschichtungsmasse ca. 50 g/m² bzw. 80 g/m² beträgt. Nachfolgend wird der beschichtete flexible Träger in einem abgestuften Heizprozess ausgehärtet, indem zuerst 2 min bei 80°C, dann 2 min bei 100°C und nachfolgend 2 min bei 120°C appliziert werden. Die Masse der aufgetragenen Beschichtung beträgt nach dem Trocknungsprozess ca. 30 g/m² bzw. 50 g/m². Das verwendete Muster ist ein Rautenmuster mit um 90° gedrehten gedruckten Linien und mit einem Linienabstand von 7 mm und einer Linienstärke von 1,5 mm. Hier wird eine elektrisch leitfähige Paste verwendet, die auf folgende Art hergestellt wird: 345 g einer wässrigen aliphatischen Polyester-Polyurethandispersion (mit 50 % Festkörpergehalt) werden mit 6 g eines assoziativ wirksamen Verdickers, 258,75 g von feinteiligen Füllstoffpartikel mit dendritischer Form auf Basis von oberflächlich mit Silber beschichtetem Kupfer und 86,25 g von feinteiligen Partikeln mit sphärischer oder länglicher Gestalt und 5 g eines Isocyanatvernetzers auf Basis von trimeren Hexamethylendiisocyanat mit 21,8 % Gehalt an freien Isocyanatgruppen unter Rühren mit einem Dissolver bei 800 Umdrehungen/Minute homogen vermischt. Optional zur Einstellung der Viskosität werden hier 215 g destilliertes Wasser zusätzlich zugegeben.
Die Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Flächengebilde erfolgt über als Kontaktbänder ausgebildete Elektroden, die mit einem Schmelzkleber versehen sind. Diese Kontaktbänder werden mit einem Bügeleisen oder einer beheizten Walze oder Roller auf der elektrisch leitfähigen Fläche der Dekorfolie vorfixiert und nachfolgend mit der gleichen elektrisch leitfähigen Paste über die ganze Elektrodenlänge mittels einer Pipette imprägniert, so dass idealerweise eine innige elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Elektrodenbändern und der Widerstandsheizung entsteht.
Die Leitfähigkeitspaste wird danach thermisch in einem Ofen 4 min bei 80 °C und nachfolgend 2 min bei 120°C ausgehärtet.
Eine im Sinne einer Vereinfachung weitere vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die elektrisch leitfähige viskose Paste mit einem Siebdruckverfahren auf die Trägerschicht aufgebracht wird, nämlich über ein mit einem üblicherweise fototechnisch oder über Laser aufgebrachten Druckmuster versehenen Sieb und mittels einer Siebdruckwalze. Die gewünschten Auftragsgewichte der elektrisch leitfähigen Polymermasse lassen sich über die Beschichtungsstärke der Beschichtung des Siebes, über den Rakeldruck und die Viskosität der elektrisch leitfähigen Paste einstellen.
In besonderer Weise lässt sich für den Aufbau beheizbarer Gegenstände mit komplizierten Oberflächen ein Heizsystem mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen heizbaren Flächenelementen nutzen, bei dem die Flächenelemente in Reihen- und/oder Parallelschaltung als Festwiderstände mit einem einfachen und kostengünstigen Steuergerät verbunden und zu einer Heizungsregelung verschaltet sind, wobei das Steuergerät weniger Ausgänge zur Steuerung bzw. Stromregelung aufweist als heizbare Flächenelemente angesteuert werden müssen. Als Ausgang ist hier natürlich immer ein zweipoliger Stromausgang gemeint, der einen Verbraucher mit Phase und Nullleiter versorgen geregelt/gesteuert kann. Insbesondere lässt sich ein solches Heizsystem als Heizung für einen Fahrzeugsitz verwenden, bei dem mindestens eine der Oberflächen des Sitzes, der Sitz-Seitenwangen, der Lehne oder der Lehnen-Seitenwangen als heizbares Flächenelement in dem Heizsystem verschaltet sind.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
1 eine Anwendung erfindungsgemäßer elektrisch heizbarer Flächenelemente in einem Heizsystem
2 eine Netz- oder Gitterform eine erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Beschichtung eines heizbaren Flächenelementes
3 eine weitere Netz- oder Gitterform eine erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Beschichtung eines heizbaren Flächenelementes
4 eine Schaltung eines Heizsystems mit erfindungsgemäßen heizbaren Flächenelementen im Detail
5 die Ergebnisse einer Temperaturmessung der Sitzoberflächen mit einer Thermokamera
6 ein Drucknegativ für das Siebdruckverfahren einer anderen Ausbildung der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einem Kunstleder
7 eine weitere Netz- oder Gitterform einer erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Beschichtung eines heizbaren Flächenelementes
8 eine noch andere Netz- oder Gitterform einer erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Beschichtung eines heizbaren Flächenelementes
1 zeigt schematisch eine Anwendung erfindungsgemäßer elektrisch heizbarer Flächenelemente in einem Heizsystem 1 für einen Automobilsitz 2 mit mehreren solchen Flächenelementen 3 bis 8. Die elektrisch heizbaren Flächenelement 3, 4, 5, 6, 7 und 8 sind an die beiden Ausgänge 9 und 10 eines bekannten Sitzheizungs-Steuergerätes 11 angeschlossen, welches parallel in zwei Heizkreisen bzw. Heizmatten die Temperatur regeln kann und als Ein-Kreis-Sitzheizungsregler ausgebildet ist. Es steuert üblicherweise mit seinen beiden Stromausgängen nur zwei Heizmatten an, wobei nur in einer Heizmatte ein Temperaturfühler verbaut ist.
Hier genau zeigt sich nun der besondere Vorteil der Erfindung. Es ist nämlich an jedem Ausgang dieses einfachen Sitzheizungs-Steuergerätes 11 nicht nur – wie üblich – eine Heizmatte angeschlossen, sondern jeweils drei erfindungsgemäße elektrisch heizbare Flächenelement, die damit zu einem Heizsystem von insgesamt sechs „Heizmatten“ zusammengeschaltet sind. Die erfindungsgemäßen Flächenheizelemente lassen sich nämlich durch die Ausbildung der Form des Netzes oder Gitters und durch die auf die Gitterform angepasste Auftragsstärke der Beschichtung in ihrem Widerstand so einstellen, werden, dass sie problemlos mit einer solchen Standard-Sitzheizungs-Steuergeät betrieben werden können.
Es entsteht so also ein Heizsystem, bei dem Sitzfläche 3, die Sitzseitenwangen 4 und 5, die Lehne 6 und auch Lehnenseitenwangen 7 und 8 beheizt werden und für ein äußerst komfortables Sitzgefühl bei niedrigen Temperaturen sorgen, ohne dass besondere angepasste teure Steuergeräte erforderlich sind.
In diesem Ausführungsbeispiel weisen die elektrisch heizbaren Flächenelemente folgende Abmessungen auf:

Sitzfläche 3 → 445 mm × 280 mm

Lehne 6 → 660 mm × 300 mm

Sitz-Seitenwangen 4, 5 → 390 mm × 111 mm

Lehnen-Seitenwangen 7, 8 → 360 mm × 90 mm
Da vom einfachen Sitzheizungs-Steuergerät 11 nur zwei Heizkreise 12 und 13 angesteuert werden können, müssen die Flächenelemente der Lehnen-Seitenwangen parallel mit denen der Lehne und die Flächenelemente der Sitzseitenwangen parallel mit dem Flächenelement des Sitzes geschaltet werden.
Zur fehlerfreien Ansteuerung der beiden Heizkreise durch die Sitzheizungssteuerung 11 besitzen die beiden Heizkreise, nämlich der Sitzfläche 3 und Sitz-Seitenwangen 4 und 5 bestehende Heizkreis 12 und der aus Lehne 6 und Lehnen-Seitenwangen 7 und 8 bestehende Heizkreis 13 jeweils einen elektrischen Widerstand zwischen 1 und 5,75 Ω, der durch entsprechende Auslegung der heizbaren Flächenelemente bereitgestellt wird.
Hierzu weisen die dargestellten zwei Heizkreise 12 und 13 jeweils elektrische Widerstände von 1,96 bzw. 2,65 Ω auf, die dadurch bereitgestellt sind, dass die einzelnen elektrisch heizbaren Flächenelemente mit 30 und 50 g/m² leitfähiger Beschichtung in Gitterstruktur aufweisen.
Dabei wird die elektrisch leitfähige Beschichtung der Sitzseitenwangen 4 und 5 mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, hier unter Verwendung des Siebdruckverfahrens, auf einem Kunstleder aufgebracht, wobei die getrocknete Masse der aufgetragenen elektrisch leitfähigen viskosen Paste ca. 30 g/m² beträgt. Diese 30g/m² Druckpaste ergaben bei der hier vorliegenden Netz- oder Gitterstruktur 14 einen elektrischen Widerstand von 16 Ω zwischen den Anschlusselektroden.
Die hier für die Sitz-Seitenwangen 4 und 5 gewählte die Netz- oder Gitterstruktur 14 ist vergrößert dargestellt in 2 und ist wellenförmig ausgebildet, wobei jeweils quer zueinander verlaufende Wellenlinien 15 und 16 sich mit ihren Flanken 17 und 18 kreuzend Knotenpunkte 19 bilden und letztere im Vergleich zur Stegbreite verdickt ausgebildet sind, nämlich durch konkave Rundungen in den Ecken sich kreuzender Stege.
Auch die elektrisch leitfähige Beschichtung der Lehnen-Seitenwangen 7 und 8 sind mit dem erfindungsgemäßen Siebdruckverfahren in Form eines Gitters 14 auf einem Kunstleder aufgebracht, wobei die getrocknete Masse der aufgetragenen elektrisch leitfähigen viskosen Paste ca. 50 g/m² beträgt. Diese 50g/m² Druckpaste ergaben bei der hier vorliegenden Netz- oder Gitterstruktur 14 einen elektrischen Widerstand von 13 Ω zwischen den Anschlusselektroden.
Die elektrisch leitfähigen Beschichtungen der Sitzfläche 3 und der Lehnenfläche 6 sind ebenso mit dem genannten Verfahren in Form eines Gitters auf einem Kunstleder aufgebracht, wobei die getrocknete Masse der aufgetragenen elektrisch leitfähigen viskosen Paste ca. 30 g/m² beträgt.
Das hier für die Sitzfläche 3 und die Lehnenfläche 6 gewählte Netz oder Gitter 20 ist vergrößert dargestellt in 3 und ist besteht aus quadratische Maschen, wobei ebenfalls jeweils die durch sich kreuzenden Stege 21 und 22 gebildeten Knotenpunkte 23 im Vergleich zur Stegbreite verdickt ausgebildet sind, nämlich durch konkave Rundungen in den Ecken sich kreuzender Stege.
Diese 30g/m² Druckpaste ergaben bei der hier vorliegenden Netz- oder Gitterstruktur 20 einen elektrischen Widerstand von 2,6 Ω für die Sitzfläche 3 als heizbares Flächenelement und 2,0 Ω für die Lehnenfläche 6 als heizbares Flächenelement, gemessen jeweils zwischen den Anschlusselektroden. Die Flächen von Sitz und Lehne sind dabei unterschiedlich groß, wie oben beschrieben und auch in 4 dargestellt, so dass sich in Kombination der Größe, der Beschichtungsmenge und der Gitterform die genannten unterschiedlichen Widerstandswerte ergeben.

Der erste Heizkreis 12 wird durch Kombination der heizbaren Flächenelemente der Sitz-Seitenwangen und der Sitzfläche und der zweite Heizkreis 13 durch Kombination der heizbaren Flächenelemente der Lehnen-Seitenwangen und der Lehnenflächen gebildet. Die Art der Verschaltung der Heizmatten ist der Abbildung unten zu entnehmen. Durch die vorgenommene Einstellung der elektrischen Widerstände der Heizmatten ist die Verwendung der einfachen Sitzheizungs-Steuerung mit nur zwei Ausgängen problemlos möglich, wie oben bereits erläutert. Die sich rechnerisch und tatsächlich ergebenden Gesamtwiderstände der Parallel- und Reihenschaltung der heizbaren Flächenelemente bei dieser Ausführung sind in der folgenden Tabelle 1 aufgelistet.

	Sitz 3	Sitz-Seitenwangen 4, 5	Lehne 6	Lehnen-Seitenwangen 7, 8
Widerstand	2,6 Ω	16 Ω für jede Wange	2,0 Ω	13 Ω für jede Wange
Art des Kunstleders	Kunstleder Bedruck	Bedrucktes Kunstleder	Bedrucktes Kunstleder	Bedrucktes Kunstleder
Beschichtungsstärke	30g/m²	30g/m²	30g/m²	50g/m²
Heizkreise	Heizkreis 12		Heizkreis 13
Heizkreiswiderstand	1,96 Ω		1,5 Ω

Tabelle 1, Zusammenfassung der Schaltung und Widerstandwerte

Die Schaltung des Heizsystems zeigt 4 noch einmal im Detail, wobei auch die Kombination von Parallel und Reihenschaltung der an die jeweiligen Ausgänge 9 und 10 angeschlossenen heizbaren Flächenelemente dargestellt ist.
Die Ergebnisse einer Temperaturmessung der Sitzoberflächen mit einer Thermokamera zeigt 5. Es wird dabei deutlich, dass auf den entsprechenden Flächen schon nach sehr kurzer Zeit bei den verschieden Einstellstufen der Sitzheizungssteuerung die Zieltemperatur erreicht und im Wesentlichen konstant gehalten wird.
6 zeigt ein Drucknegativ für das Siebdruckverfahren einer anderen Ausbildung der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einem Kunstleder, bei der die Netz- oder Gitterstruktur 24 als streckmetallartig verzogenes Viereck ausgebildet ist. Hier sind die hellen Linien die später das Gitter bildenden Beschichtungslinien.
7 zeigt eine wieder andere Ausbildung der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einem Kunstleder, bei der das Netz- oder Gitterstruktur 25 wellenförmig ausgebildet ist und jeweils nebeneinander verlaufende Wellenlinien mit ihren Wellentälern oder Wellenbergen zusammenstoßend Knotenpunkte bilden.
8 zeigt eine weitere Ausbildung der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf einem Kunstleder, bei der die Netz- oder Gitterstruktur 26 sägezahnförmig parallellaufend ausgebildet ist und auch kurze sägezahnförmige Verbindungsstege zwischen den parallelen Hauptstegen aufweist.
Diese erfindungsgemäß unterschiedlichen Ausbildungen der Form des Netzes oder Gitters, die zugehörigen Auftragsstärke der Beschichtung und das angepassten Breiten-Höhenverhältnis nebst Elektrodenabstand des Flächenelementes führen zu einer definierten Anpassung des resultierenden elektrischen Widerstandes auf die Gegebenheiten der Sitzheizungs-Steuerung, so dass problemlos komplizierte Regelaufgaben mit einer einfachen Standard-Sitzheizungs-Steuerung betrieben werden können.
Bezugszeichenliste

1: Heizsystem
2: Automobilsitz
3: elektrisch heizbares Flächenelement / Sitzfläche
4: elektrisch heizbares Flächenelement / Sitz-Seitenwange
5: elektrisch heizbares Flächenelement / Sitz-Seitenwange
6: elektrisch heizbares Flächenelement / Lehne
7: elektrisch heizbares Flächenelement / Lehnen-Seitenwange
8: elektrisch heizbares Flächenelement / Lehnen-Seitenwange
9: Ausgang
10: Ausgang
11: Sitzheizungs-Steuergerät
12: Heizkreis
13: Heizkreis
14: Netz- oder Gitterstruktur
15: Wellenlinie
16: Wellenlinie
17: Flanke der Wellenlinie
18: Flanke der Wellenlinie
19: Knotenpunkt
20: Netz- oder Gitterstruktur
21: Steg
22: Steg
23: Knotenpunkt
24: Netz- oder Gitterstruktur
25: Netz- oder Gitterstruktur
26: Netz- oder Gitterstruktur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1835786 A1 [0003]
WO 2007/031324 A1 [0004]
DE 4233118 A1 [0005]
DE 411036425 A1 [0006]
DE 102012000445 A1 [0007]
DE 102005050459 B3 [0008]
DE 4124684 A1 [0009]
WO 2005/020246 A1 [0010]

Claims

Elektrisch heizbares Flächenelement (3, 4, 5, 6, 7, 8) mit einer auf einer elektrisch nichtleitenden Trägerschicht aufgebrachten und über Elektroden kontaktierten elektrisch leitfähigen und als Widerstandsheizung ausgebildeten Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung auf mindestens einer Teilfläche der Trägerschicht in einer Maschen und Knoten bildenden Netz- oder Gitterstruktur (14, 20, 24, 25, 26) zwischen den Elektroden aufgebracht ist, wobei der elektrische Gesamtwiderstands des Flächenelements (3, 4, 5, 6, 7, 8) durch die Form des Netzes oder Gitters und durch die auf die Gitterform angepasste Auftragsstärke der Beschichtung einstellbar ist.
Elektrisch heizbares Flächenelement nach Anspruch 1, bei dem zusätzlich das Breiten-Höhenverhältnis und der Elektrodenabstand des Flächenelementes nach seiner Applikation als Parameter zur Festlegung des elektrischen Gesamtwiderstands einstellbar sind.
Elektrisch heizbares Flächenelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Netz- oder Gitterstruktur (20) rechteckige oder quadratische Maschen aufweist.
Elektrisch heizbares Flächenelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Netz- oder Gitterstruktur (24) als streckmetallartig verzogenes Viereck ausgebildet ist.
Elektrisch heizbares Flächenelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Netz- oder Gitterstruktur (25) wellenförmig ausgebildet ist wobei jeweils nebeneinander verlaufende Wellenlinien mit ihren Wellentälern oder Wellenbergen zusammenstoßend Knotenpunkte bilden.
Elektrisch heizbares Flächenelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das die Netz- oder Gitterstruktur (14) wellenförmig ausgebildet ist, wobei jeweils quer zueinander verlaufende Wellenlinien sich mit ihren Flanken (17, 18) kreuzend Knotenpunkte (19) bilden.
Elektrisch heizbares Flächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Knotenpunkte im Vergleich zur Stegbreite verdickt ausgebildet sind, insbesondere durch konkave Rundungen in den Ecken sich kreuzender Stege.
Elektrisch heizbares Flächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die elektrisch leitfähige Beschichtung auf der Rückseite einer die Trägerschicht bildenden dekorativen Folie bzw. eines dekorativen Kunstleders oder zwischen einer Trägerschicht und einer dekorativen Folie als Deckschicht aufgebracht ist.
Verfahren zur Herstellung eines elektrisch heizbares Flächenelementes nach einem der Anspüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung als elektrisch leitfähige viskose Paste in Form einer Netz- oder Gitterstruktur auf die Trägerschicht aufbracht und danach getrocknet wird und aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem dass die getrocknete Masse der aufgetragenen elektrisch leitfähigen viskosen Paste ca. 10 g/m² bis 500 g/m² beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die elektrisch leitfähige viskose Paste zusammengesetzt ist aus – 345 g einer wässrigen aliphatischen Polyester-Polyurethandispersion mit 50 % Festkörpergehalt – 6 g eines assoziativ wirksamen Verdickers, – 258,75 g feinteilige Füllstoffpartikel mit dendritischer Form auf Basis von oberflächlich mit Silber beschichtetem Kupfer – 86,25 g feinteilige Partikeln mit sphärischer oder länglicher Gestalt – 5 g eines Isocyanatvernetzers auf Basis von trimeren Hexamethylendiisocyanat mit 21,8 % Gehalt an freien Isocyanatgruppen und unter Rühren mit einem Dissolver bei 800 Umdrehungen/Minute homogen vermischt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die elektrisch leitfähige viskose Paste zur Einstellung der Viskosität mit destilliertem Wasser vermischt wird, vorzugsweise bei der genannten Mischung mit mindestens 200 (215) g destilliertem Wasser.
Verfahren nach eine der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die elektrisch leitfähige viskose Paste mit einem Siebdruckverfahren auf die Trägerschicht aufgebracht wird.
Heizsystem mit mehreren heizbaren Flächenelementen (3, 4, 5, 6, 7, 8) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Flächenelemente in Reihen- und/oder Parallelschaltung als Festwiderstände mit einem Steuergerät (11) verbunden und zu einer Heizungsregelung verschaltet sind, wobei das Steuergerät (11) weniger Ausgänge zur Steuerung bzw. Stromregelung aufweist als heizbare Flächenelemente angesteuert werden müssen.
Heizung für einen Fahrzeugsitz, bei dem mindestens eine der Oberflächen des Sitzes, der Sitz-Seitenwangen, der Lehne oder der Lehnen-Seitenwangen als heizbares Flächenelement in einem Heizsystem nach Anspruch 14 verschaltet ist.