DE102015004004A1 - Heating element for user-accessible surfaces - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Heizelement für benutzerberührbare Flächen, insbesondere eine Fläche in einem Fahrzeuginnenraum, wobei das Heizelement mindestens ein Trägermaterial aufweist, auf dem mindestens ein Heizleiter, der insbesondere wellen- oder mäanderförmig verläuft, und mindestens ein Temperaturerfassungselement angeordnet sind, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das mindestens eine Temperaturerfassungselement als mindestens ein von dem Heizleiter getrennter Temperaturerfassungsleiter ausgeführt ist, der in Abhängigkeit seiner Temperatur seinen elektrischen Widerstand ändert, wobei der Temperaturerfassungsleiter im Wesentlichen parallel beabstandet dem Verlauf des Heizleiters zumindest teilweise folgt.The invention relates to a heating element for surfaces which can be touched by the user, in particular a surface in a vehicle interior, wherein the heating element has at least one carrier material, on which at least one heating conductor, which in particular runs in waves or meanders, and at least one temperature sensing element are arranged, characterized the at least one temperature detection element is embodied as at least one temperature detection conductor separate from the heating conductor, which changes its electrical resistance as a function of its temperature, wherein the temperature detection conductor follows the course of the heat conductor at least partially substantially parallel to one another.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement für benutzerberührbare Flächen, insbesondere eine Fläche in einem Fahrzeuginnenraum, wobei das Heizelement mindestens ein Trägermaterial aufweist, auf dem mindestens ein Heizleiter, der insbesondere wellen- oder mäanderförmig verläuft, und mindestens ein Temperaturerfassungselement befestigt sind.The present invention relates to a heating element for user berührbare surfaces, in particular a surface in a vehicle interior, wherein the heating element comprises at least one carrier material on which at least one heating conductor, which in particular wavy or meandering, and at least one temperature sensing element are attached.
Heizelemente für die Beheizung von Flächen in Fahrzeugen, mit denen ein Benutzer in Berührung kommt, wie beispielsweise Sitzflächen, zählen heute zu einer standardmäßigen Ausstattung. Neben Sitzflächen werden aber auch zunehmend Lenkräder mit Heizelementen ausgestattet.Heating elements for heating surfaces in vehicles that a user comes in contact with, such as seats, are now standard features. In addition to seats but increasingly steering wheels are equipped with heating elements.
Die Temperatur solcher beheizten Flächen kann üblicherweise durch den Benutzer eingestellt werden. Um die jeweilige Ist-Temperatur zu erfassen, ist ein Temperatursensor vorgesehen, der Teil eines Regelkreises ist. Als Temperatursensor wird dabei beispielsweise ein NTC-Sensor eingesetzt, der die Form ähnlich eines Lötpunktes oder einer Lötpille mit Anschlussdrähten aufweist. Ein solcher NTC-Sensor erfasst die Temperatur des Heizelements folglich nur punktuell und kann sich aufgrund seiner Form auf der Oberfläche der beheizten Fläche abzeichnen.The temperature of such heated surfaces can usually be adjusted by the user. In order to detect the respective actual temperature, a temperature sensor is provided, which is part of a control loop. As a temperature sensor, for example, an NTC sensor is used, which has the shape similar to a soldering point or a soldering pin with connecting wires. Consequently, such an NTC sensor detects the temperature of the heating element only at certain points and can be due to its shape on the surface of the heated surface.
Die
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement zu schaffen, das aufgrund der eingesetzten Temperaturerfassung reproduzierbare Temperaturmessungen, die der Temperatur auf der Oberfläche der beheizten Fläche entsprechen, für den Regelkreis, in den der Heizleiter eingebunden ist, liefert, und bei dem das Temperaturerfassungselement keine sich auf der Oberfläche abzeichnende Abmessungen, wie dies bei NTC-Temperaturfühlern der Fall ist, aufweist.The present invention is based on the object to provide a heating element that reproducible temperature measurements corresponding to the temperature on the surface of the heated surface, due to the temperature detection used for the control loop, in which the heating element is integrated supplies, and in which the Temperature sensing element has no surface-visible dimensions, as is the case with NTC temperature sensors.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Heizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Heizelements sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a heating element with the features of
Das Heizelement gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Temperaturerfassungselement als mindestens ein von dem Heizleiter getrennter Temperaturerfassungsleiter ausgeführt ist, der in Abhängigkeit seiner Temperatur seinen elektrischen Widerstand ändert. Darüber hinaus verläuft der mindestens eine Temperaturerfassungsleiter im Wesentlichen parallel zu dem Heizleiter und von diesem beabstandet und folgt dem Verlauf des Heizleiters zumindest teilweise, das bedeutet insbesondere, dass der Heizleiter zumindest über einen Teilabschnitt der Länge des Heizleiters parallel zu diesem verläuft, unabhängig davon, ob der Heizleiter geradlinig, wellen- oder mäanderförmig oder in sonstiger Weise positioniert ist. Ein solcher Temperaturerfassungsleiter wird als dünner Draht ausgeführt, der vorzugsweise einen Durchmesser aufweist, der geringer ist als der Durchmesser des Heizleiters, so dass er sich nicht durch ein Oberflächenmaterial, beispielsweise ein Bezugsmaterial, abzeichnet.The heating element according to the invention is characterized in that the at least one temperature detection element is designed as at least one temperature detection conductor separate from the heating conductor, which changes its electrical resistance as a function of its temperature. In addition, the at least one temperature detection conductor is substantially parallel to the heating conductor and spaced therefrom and follows the course of the heating conductor at least partially, this means in particular that the heating conductor runs parallel to this over at least a portion of the length of the heating conductor, regardless of whether the heating element is rectilinear, wavy or meandering or otherwise positioned. Such a temperature detection conductor is designed as a thin wire, which preferably has a diameter which is smaller than the diameter of the heating conductor, so that it is not characterized by a surface material, such as a reference material.
Mit dem Heizelement wird die Temperatur über eine größere Fläche erfasst, so dass der Effekt von sogenannten Hotspots vermieden wird. Weiterhin wird die Temperatur des Heizelements und damit idealerweise der Oberfläche der beheizten Fläche erfasst.With the heating element, the temperature is detected over a larger area, so that the effect of so-called hotspots is avoided. Furthermore, the temperature of the heating element and thus ideally the surface of the heated area is detected.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Länge der Temperaturerfassungsleiter, mit der er im Wesentlichen parallel zu dem Heizleiter beabstandet verläuft, mindestens 1/10 der Länge des Heizleiters beträgt. Diese Länge des Temperaturerfassungsleiters kann auch in mehrere Abschnitte unterteilt werden; auch kann der Temperaturerfassungsleiter in einer Schleife zwischen dem Heizleiter verlaufen, indem er von einem Anschlussende ausgeht und mit seinem anderen Ende wieder zu diesem Anschlussende zurückgeführt wird. In jedem Fall ist sichergestellt, dass der Temperaturerfassungsleiter die Temperatur des Heizelements über einen großen Flächenbereich erfasst.It is preferably provided that the length of the temperature detection conductor, with which it runs at a distance substantially parallel to the heating conductor, is at least 1/10 of the length of the heating conductor. This length of the temperature detection conductor can also be divided into several sections; Also, the temperature detection conductor can run in a loop between the heating conductor, by starting from a terminal end and is returned with its other end back to this terminal end. In any case, it is ensured that the temperature detection conductor detects the temperature of the heating element over a large area.
Bevorzugt wird der Temperaturerfassungsleiter aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellt. Darüber hinaus sollte bevorzugt darauf geachtet werden, dass der Temperaturerfassungsleiter einen höheren Temperaturkoeffizienten als der Temperaturkoeffizient des Heizleiters aufweist. Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, dass der Temperaturerfassungsleiter aus Nickel- oder einem Reinstnickelmaterial besteht. Weiterhin ist bevorzugt, dass der Temperaturerfassungsleiter aus Kohlenstoff (Karbon) oder aus Kohlenstoff enthaltendem, elektrisch leitendem Kunststoff oder einem Kunststoff, der Metallpartikel aufweist, besteht.Preferably, the temperature detection conductor is made of metal or a metal alloy. In addition, it should preferably be ensured that the temperature detection conductor has a higher temperature coefficient than the temperature coefficient of the heating conductor. For many applications, it is advantageous that the temperature detection conductor consists of nickel or a pure nickel material. Furthermore, it is preferred that the temperature detection conductor consists of carbon (carbon) or of carbon-containing, electrically conductive plastic or a plastic which has metal particles.
Besonders bevorzugt ist ein monofiler Temperaturerfassungsleiter, d. h. ein Erfassungsleiter mit nur einer Litze, so dass im Fehlerfall aufgrund eines Leiterbruchs eine korrekte Erfassung möglich ist und keine falsche, sondern realistische Temperatur gemessen wird. Ein solcher Temperaturerfassungsleiter kann einen Durchmesser bzw. eine Litzendicke von jeweils 40 μm bis 200 μm, bevorzugt von 50 μm bis 150 μm, besonders bevorzugt zwischen 70 μm und 110 μm, haben. Der Durchmesser des Temperaturerfassungsleiters, insbesondere dann, wenn er als monofiler Temperaturerfassungsleiter ausgeführt wird, kann geringer als beispielsweise die Faserstruktur oder die Webstruktur eines Trägermaterials, auf dem der Heizleiter und der Temperaturerfassungsleiter aufgebracht sind, oder eine Faserstruktur, in die der Heizleiter und der Temperaturerfassungsleiter eingebettet sind, sein.Particularly preferred is a monofilament temperature sensing conductor, i. H. a detection conductor with only one strand, so that in case of failure due to a conductor break a correct detection is possible and no false, but realistic temperature is measured. Such a temperature detection conductor may have a diameter or a strand thickness of in each case 40 μm to 200 μm, preferably from 50 μm to 150 μm, particularly preferably between 70 μm and 110 μm. The diameter of the temperature sensing conductor, particularly when implemented as a monofilament temperature sensing conductor, may be less than, for example, the fibrous structure or weave structure of a substrate on which the heating conductor and temperature sensing conductor are deposited, or a fibrous structure in which the heating conductor and the temperature sensing conductor are embedded are, be.
Es ist aber auch für einige Anwendungsfälle des Heizelements vorgesehen, den Temperaturerfassungsleiter mehrlitzig, vorzugsweise 2- bis 6-litzig, auszubilden, so dass der Temperaturerfassungsleiter an Festigkeit gewinnt, wenn davon auszugehen ist, dass der Temperaturerfassungsleiter hohen Beanspruchungen unterworfen wird. Die Anzahl der Litzen ergibt sich dabei aus dem Grundwiderstand des Temperaturerfassungsleiters, dessen Temperaturkoeffizienten und dem zu erwartenden Temperaturbereich. Die Widerstandsänderung beim Bruch einer einzelnen Litze muss dabei zu einer gemessenen Temperatur führen, die außerhalb des zu erwartenden Temperaturbereichs liegt. Allerdings wird bei einem Einsatz des Heizelements in einem Lenkrad zur Lenkradbeheizung oder als Beheizung einer Verkleidungsfläche in einem Fahrzeuginnenraum ein 1-litziger, gegebenenfalls auch ein 2-litziger, Temperaturerfassungsleiter bevorzugt.However, it is also provided for some applications of the heating element, the temperature sensing conductor mehrlitzig, preferably 2- to 6-litzig form, so that the temperature detection conductor gains strength, if it can be assumed that the temperature detection conductor is subjected to high stresses. The number of strands results from the basic resistance of the temperature detection conductor, its temperature coefficient and the expected temperature range. The change in resistance when a single strand breaks must lead to a measured temperature that is outside the expected temperature range. However, in a use of the heating element in a steering wheel for steering wheel heating or as heating a cladding surface in a vehicle interior, a 1-litziger, optionally also a 2-litziger, temperature sensing conductor is preferred.
Durch das erfindungsgemäße Heizelement wird eine bessere Regelung der Oberflächentemperatur der beheizten Fläche erreicht. Die Temperatur des Heizelements wird über eine größere Fläche gemittelt, während sich das Heizelement im Betrieb befindet, so dass die Oberflächentemperatur feinfühliger und damit besser geregelt werden kann. Da über den Temperaturerfassungsleiter die Temperatur nicht lokal an einer einzigen Stelle gemessen wird, wird auch bei Heizelementen mit einer geringen Flächenausdehnung der Einfluss der hohen Temperatur des Heizelements im Anschlussbereich verringert.By the heating element according to the invention a better control of the surface temperature of the heated surface is achieved. The temperature of the heating element is averaged over a larger area while the heating element is in operation so that the surface temperature can be more sensitively and thus better controlled. Since the temperature is not measured locally at a single point via the temperature detection conductor, the influence of the high temperature of the heating element in the connection region is also reduced for heating elements with a small surface area.
Wenn es nicht anders angegeben ist, sollen die Abmessungen und Geometrien der verschiedenen hier gezeigten Strukturen die Erfindung nicht einschränken, sondern es sind auch andere Abmessungen oder Geometrien möglich.Unless otherwise indicated, the dimensions and geometries of the various structures shown herein are not intended to limit the invention, but other dimensions or geometries are possible.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigtFurther details and features of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. In the drawing shows
Das Heizelement, wie es in
Wie die
Auf diesem Trägermaterial
Auch die beiden Enden des in einer Schleife verlaufenden Temperaturerfassungsleiters
Wie in den Querschnitten der
Die Heizleiter
Ein wesentliches Merkmal des Heizelements
Der Temperaturerfassungsleiter
Bevorzugt wird für das Temperaturerfassungselement ein Temperaturerfassungsleiter
Die Dicke eines Filaments des Temperaturerfassungsleiters
Bevorzugt wird der Abstand zwischen Temperaturerfassungsleiter
Aus
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10048181 A1 [0004] DE 10048181 A1 [0004]
- DE 2208485 A [0005] DE 2208485 A [0005]
- DE 10055141 A1 [0006] DE 10055141 A1 [0006]
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DE (1) | DE102015004004A1 (en) |
Cited By (1)
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DE102018116474A1 (en) * | 2018-07-06 | 2020-01-09 | Gustav Gerster Gmbh & Co. Kg | Heated textile device |
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2015
- 2015-03-30 DE DE102015004004.9A patent/DE102015004004A1/en not_active Withdrawn
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