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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren und Fertigen einer Heizbahnstruktur nach Anspruch 1.
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Heizbahnstrukturen werden insbesondere in oder auf flächige Substrate eingebracht, die später als Heizflächen verwendet werden sollen. Dabei besteht das Problem, eine beliebig vorgegebene Substratfläche mit einem vorbekannten elektrischen Flächenwiderstand so zu verändern oder dabei die Heizbahnstruktur auf die Substratfläche so aufzubringen, dass die dabei entstehende Heizfläche eine genau eingestellte und gewünschte Heizleistung aufweist. Dieses Problem tritt besonders dann auf, wenn von einer bestimmten Form des Substrates zwingend ausgegangen werden muss, die sich aus bestimmten technischen, baulichen oder funktionalen Anforderungen ergibt und die dabei nicht auf relativ einfache Formen wie Rechtecke oder Quadrate reduziert werden kann, wobei das aus dem Substrat gefertigte Heizelement aber zwingend eine bestimmte Heizleistung aufweisen muss.
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Es besteht somit die Aufgabe, ein Verfahren zum Konfigurieren und Fertigen einer Heizbahnstruktur mit einer vorgegebenen Heizleistung auf einem Substrat mit einer beliebig vorgegebenen Kontur und einem bekannten elektrischen Flächenwiderstand anzugeben, bei dem dieses Problem in einer möglichst einfachen Weise gelöst werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige bzw. vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen des Verfahrens.
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Das Verfahren zum Konfigurieren und Fertigen einer Heizbahnstruktur mit einer vorgegebenen Heizleistung auf einem Substrat mit einer beliebig vorgegebenen Fläche und einem bekannten elektrischen Flächenwiderstand wird mit folgenden Verfahrensschritten ausgeführt:
Es erfolgt eine Eingabe einer vorgegebenen Spezifikation in einen Konfigurator. Danach erfolgt ein Berechnen einer auf dem Substrat einzubringenden Heizbahnstruktur entsprechend der Spezifikation und Errechnen einer der Heizbahnstruktur entsprechenden Schnittstruktur für das Substrat oder einer auf das Substrat aufzubringenden leitfähigen Laminierstruktur. Es erfolgt anschließend ein Übertragen der berechneten Schnittstruktur auf ein Schneidsystem, oder der Laminierstruktur auf ein Laminiermaterial zum Erzeugen eines strukturierten Laminates.
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Anschließen erfolgt ein Einbringen der Schnittstruktur in das dem Schneidsystem zugeführtes Substrat oder das Aufbringen des strukturierten Laminiermaterials auf ein dem Laminiersystem zugeführtes Substrat.
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Die Heizbahnstruktur wird bei einer ersten Ausführungsform wie folgt ausgeführt:
Es wird ein erster Schnitt von einem beliebigen Punkt auf dem Rand der Fläche zu einem in der Fläche gelegenen Punkt ausgeführt.
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Im Anschluss daran erfolgt ein Ausführen mindestens eines parallel zum Rand der Fläche verlaufenden Schnittes von dem Punkt innerhalb der Fläche zu einem innerhalb der Fläche gelegenen ersten Punkt, wobei der Schnitt von dem Rand der Fläche zu dem Punkt in der Fläche zusammen mit dem parallel zum Rand der Fläche verlaufenden Schnitt eine mindestens teilweise T-Form ergibt.
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Danach erfolgt ein Ausführen von einer Reihe von dem parallel zum Rand der Fläche verlaufenden Schnitt ausgehenden und innerhalb der Fläche verbleibenden Schnitten, wobei die Anzahl dieser Schnitte in Abhängigkeit von der vorgegebenen Heizleistung ausgeführt wird.
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Das Verfahren geht somit von der Idee aus, das vorgegebene und in seinem elektrischen Flächenwiderstand bekannte Substrat oder Laminiermaterial so zu strukturieren, dass dieses durch eine Reihe von immer gleichen Schnittprozeduren in eine letztlich mäanderförmig innerhalb der Kontur verlaufende Heizbahn strukturiert wird, die erstens von der gegebenen Kontur der Fläche des Substrates oder Laminiermaterial orientiert ist und die zweitens dann hiervon in ihrer Breite durch zusätzliche Schnitte modifiziert wird. Hierdurch wird die Kontur des Substrates oder Laminiermaterials und die dadurch verfügbare Fläche in optimaler Weise genutzt.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung wird mindestens ein weiterer parallel zum Rand der Fläche verlaufende Schnitt von dem in der Fläche gelegenen Punkt zu einem innerhalb der Fläche gelegenen weiteren ersten Punkt ausgeführt, wobei an diesem Schnitt eine Reihe von von diesem Schnitt ausgehenden und innerhalb der Fläche verbleibenden Schnitten ausgeführt werden, wobei die Anzahl dieser Schnitte in Abhängigkeit von der vorgegebenen Heizleistung ausgeführt wird. Hierdurch kann das Substrat bzw. das Laminiermaterial noch weiter strukturiert werden.
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Ergänzend können zu den innerhalb der Fläche auf der Substratfläche verlaufenden Schnitten vom Rand der Fläche ausgehend und zwischen den Schnitten angeordnete und die übrigen Schnitte nicht berührende Schnitte ausgeführt werden, wobei die Anzahl dieser Schnitte in Abhängigkeit von der vorgegebenen Heizleistung ausgeführt wird. Es entsteht hierdurch eine weitere verschachtelte Strukturierung, wobei die dadurch entstehende Heizbahnstruktur einen noch einmal beträchtlich verlängerten Strompfad aufweist, der sich hierdurch besonders in die Fläche einfügt und eine besonders gleichmäßige Nutzung der der Fläche für die Heizbahnstruktur ermöglicht.
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Bei einem weiteren Verfahren zum Konfigurieren und Fertigen einer Heizbahnstruktur mit einer vorgegebenen Heizleistung auf einem Substrat mit einer beliebig vorgegebenen Fläche und einem bekannten elektrischen Flächenwiderstand wird folgende Heizbahnstruktur ausgeführt:
Es werden zwei sich einander nicht berührende oder überkreuzende und die Fläche nicht zertrennende Schnitte ausgeführt. Diese beginnen an beliebigen Punkten am Rand der Fläche, wobei beide Schnitte in Form einer Spirale in die Fläche hinein geführt werden, wobei die Schnitte einen durch die vorgegebene Heizleistung bestimmten Abstand aufweisen und die Spirale eine durch die vorgegebene Heizleistung bestimmte Windungszahl aufweist.
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Zweckmäßigerweise werden die auf dem Substrat auszuführenden Schnitte in ihrer Lage und Richtung über eine Konfiguriereinrichtung aus der vorgegebenen Heizleistung und dem elektrischen Flächenwiderstand durch einen Optimierungsalgorithmus bestimmt. Die Konfiguriereinrichtung dimensioniert hierbei zunächst die Breite der Heizbahn unter Berücksichtigung des elektrischen Flächenwiderstandes des Substrates, die für eine bestimmte Heizleistung notwendig ist und legt dann die Schnitte so fest, dass diese Heizbahn in die gegebene Fläche optimal eingefügt wird. Dabei lässt sich dieses Anpassen durch eine Anwendung der oben genannten Schnittarten formalisieren und automatisieren.
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Als Substrat wird beispielsweise ein vollständig leitfähiges Basistextil mit definiertem elektrischen Flächenwiderstand verwendet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird die auf dem Substrat verbleibende Heizbahnstruktur mit einem Kontaktiermaterial, insbesondere einem Schmelzklebevlies, einer Schmelzklebefolie, einem Leitkleber und/oder einer Lotpaste mit leitfähigen Bandstrukturen versehen, wobei die Position des Kontaktiermaterials auf der Heizbahnstruktur zusammen mit dem Erzeugen der Steuerbefehle für die Schneideinrichtung ermittelt und festgelegt wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform wird bei einem weiteren Konfigurationsschritt ein Isoliermaterial ausgewählt, wobei hierzu ein Steuersignal für eine Laminiereinrichtung zur Auswahl und selbsttätigen Zufuhr eines Isoliermaterials für einen Laminierprozess ausgegeben wird.
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Bei einer Ausführungsform wird die Heizbahnstruktur in einer Vielzahl auf einer Warenbahn geschnitten und anschließend vereinzelt, wobei die kontaktierte und mit Isolationsschichten sowie einem Ober- und Unterstoff versehene Heizbahnstruktur über einen Schneidvorgang aus der Warenbahn separiert wird.
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Das Verfahren soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten Figuren. Es zeigt:
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1 zeigt eine so genannte Mäander-T-Struktur der Heizbahn,
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2 zeigt eine so genannte Doppelspiralstruktur der Heizbahn.
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Das Verfahren dient bei den nachfolgend genannten Beispielen zur Serienfertigung von individuellen textilen Heizungen und wird mit folgenden Verfahrensschritten ausgeführt:
Zu Beginn gibt ein Kunde eine Eingabe der Produktspezifikation der textilen Heizung über einen Konfigurator ein. Es erfolgt daraufhin ein Berechnen der Lage der Heizbahnen und deren Breite entsprechend der im Konfigurator vorgegebenen Form und Heizleistung und eine Auswahl und gegebenenfalls Wechsel des vollständig leitfähigen Basistextils, auf dem die Heizstruktur erzeugt wird.
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Die berechnete Heizbahnstruktur wird als Schnittstruktur auf ein Cuttersysytem übertragen. Das Cuttersystem kann beispielsweise ein LASER-, ein Wasserstrahl-, ein frei positionierbarer Ultraschallschneider und/oder ein Cuttermesser sein.
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Es ist auch möglich, die Heizstruktur bei einem schnittresistenten Substrat durch ein Platzieren von elektrisch hochleitfähigen Klebepads und Anschlussbändern an den Stromeinspeisungsflächen der erzeugten Heizstruktur zu erzeugen. Dabei erfolgt ein Auflaminieren der Heizstruktur zusammen mit den elektrisch hochleitfähigen Klebepads und Anschlussbändern, einem Oberstoff und einer optional unter dem Oberstoff liegenden Schutzfolie zur elektrischen Isolation und Schutz vor Feuchtigkeit.
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Der Kunde kann über einen Konfigurator eine Form und Heizleistung und weitere Parameter wie Auswahl der Schutzisolation, des Ober- und Unterstoffes selbst bestimmen. Dabei wird die Heizstruktur, die die Kundenvorgabe erfüllt, automatisch berechnet und automatisch in eine entsprechende durch ein durch das Schneidsystem (wie z. B. LASER-, Wasserstrahl-, frei positionierbarer Ultraschallschneider und/oder Cuttermesser) lesbare Datei umgewandelt und auf das Schneidsystem übertragen.
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Ein vollständig leitfähiges Substrat mit einem definierten Flächenwiederstand wird über das Schneidverfahren entsprechend der berechneten Heizstruktur automatisch so zugeschnitten, dass die Heizstruktur auf einer Warenbahn verbleibt. Anschließend werden auf der auf der Warenbahn verbleibenden Heizstruktur mit Hilfe eines Kontaktiermaterials, z. B. einem Schmelzklebevlies bzw. einer -folie, leitfähig ausgerüstetem Schmelzklebevlies bzw. -Folie, Leitkleber und/oder Lotpaste) leitfähige Bandstrukturen auf der Heizstruktur angebracht. Das Anbringen der elektrischen Zuleitung kann automatisch erfolgen und wird über das Erzeugen der Datei für das Schneidsystem synchronisiert.
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Die auf der Warenbahn verbleibende kontaktierte Heizstruktur kann auch durch einen Laminierprozess mit dem für die kundenspezifische Heizung vorgesehenen Isolationsmaterial sowie dem vom Kunden gewählten Ober- und Unterstoff aufgebracht werden. Hierzu kann ein strukturiertes Laminiermaterial aufgebracht werden.
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Die auf der Warenbahn verbliebene kontaktierte und mit Isolationsschichten sowie Ober- und Unterstoff versehene Heizstruktur kann anschließend durch ein weiteres Schneidsystem aus der Warenbahn separiert werden. Die entsprechenden Steuerdaten für das Herauslösen der fertigen textilen Heizung werden ebenfalls parallel wie das Platzieren der Zuleitungen in Verbindung mit dem erzeugen der Schneiddatei mit erstellt.
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Grundsätzlich können alle Prozessschritte nach den Anweisungen und Steuerbefehlen gemäß der vom Kunden konfigurierten textilen Heizung automatisch ablaufen. Dies schließt auch die Auswahl des leitfähigen Basistextils aus den für den Prozess vorgegebenen Basistextilien mit unterschiedlicher Flächenleitfähigkeit, die Auswahl der elektrischen Zuleitungsbänder, der elektrischen Isolation (z. B. keine, einseitig oder beidseitig), die des Ober- und Unterstoffes und die Platzierung und die Abfolge der zu produzierenden textilen Heizungen ein.
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Die über den Konfigurator in Form, Aussehen, Schutzgüte und Heizleistung spezifizierte Heizstruktur kann über dieses Verfahren auf einer entsprechenden Anlage automatisch hergestellt, geprüft, verpackt und an den Kunden verschickt werden.
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1 verdeutlicht beispielhaft das Einbringen einer ersten Heizbahnstruktur in Form einer so genannten Mäander-T-Struktur. Diese kann entweder in ein von vornherein leitfähiges Substrat hineingeschnitten werden. Alternativ kann eine leitfähige Laminierfolie mit diesen Schnitten zu einem strukturierten Laminiermaterial verarbeitet werden, welches auf ein nicht leitfähiges Substrat aufgebracht werden kann.
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In einem ersten Schritt wird ein erster Schnitt AB von einem beliebigen Punkt A auf dem Rand der Fläche zu einem in der Fläche gelegenen Punkt B ausgeführt. Mindestens ein parallel zum Rand der Fläche verlaufender Schnittes BC wird sodann von dem Punkt B zu einem innerhalb der Fläche der Kontur gelegenen ersten Punkt C geführt, wobei der Schnitt AB zusammen mit dem Schnitt BC eine mindestens teilweise T-Form ergibt. Nun werden ausgehend von dem Schnitt BC eine Reihe innerhalb der Fläche des Substrates verbleibenden Schnitten C1 und C2 ausgeführt. Natürlich können auch mehr als zwei Schnitte bis zu einem Schnitt Cn ausgeführt werden. Dabei hängt die Anzahl n von der vorgegebenen Heizleistung ab.
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Bei dem hier vorliegenden Beispiel ist ein weiterer parallel zum Rand der Fläche verlaufender Schnitt BD von dem Punkt B zu einem innerhalb der Fläche gelegenen Punkt D geführt. Dabei sind an dem Schnitt BD eine Reihe von von dem Schnitt BD ausgehenden und innerhalb des Substrates verbleibenden Schnitten D1, D2 und D3 vorgesehen. Auch hier können beliebig viele Schnitte D1 bis Dm gesetzt werden, wobei die Anzahl m in Abhängigkeit von der vorgegebenen Heizleistung ausgeführt wird.
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Ergänzend zu den Schnitten C1 bis C2 und den Schnitten D1 bis D3 von dem Rand der Fläche ausgehend und zwischen den Schnitten C1 und C2 und D1 bis D3 angeordnete und die übrigen Schnitte nicht berührende Schnitte E1 bis E6 ausgeführt. Die Anzahl k dieser Schnitte kann ebenso beliebig sein, wobei die Anzahl k in Abhängigkeit von der vorgegebenen Heizleistung ausgeführt wird.
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Es bildet sich letztlich eine Mänderstruktur aus, die von einem elektrischen Strom durchflossen wird und Wärmeenergie abgibt. Entsprechend sind hier zwei mit dem Plus- und Minus-Zeichen gekennzeichnete elektrische Anschlüsse vorgesehen.
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Bei einer sehr regelmäßigen Ausbildung der Mäanderstruktur sind gewisse Abstände w vorgesehen, wobei w innerhalb der Schnittstruktur überall im Rahmen technologischer Fertigungstoleranzen den gleichen Wert aufweist. Der Wert w definiert dann die Breite der mäanderförmigen Strombahn.
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2 zeigt eine so genannte Doppelspiral-Struktur der Strombahn. die Heizbahnstruktur wird hier eingebracht, indem zwei sich einander nicht überkreuzende und die Fläche nicht zertrennende Schnitte S1 und S2 vorgenommen werden, die an beliebigen Punkten P und Q an dem Rand der Fläche beginnen. Beide Schnitte sind in Form einer Doppelspirale S in die Fläche hinein geführt, wobei die Schnitte einen durch die vorgegebene Heizleistung bestimmten regelmäßigen Abstand w aufweisen können. Die aus beiden Schnitten S1 und S2 gebildete Doppelspirale (S) eine durch die vorgegebene Heizleistung bestimmte Windungszahl W aufweist. Im hier vorliegenden Fall ist die Windungszahl W = 3. Diese Doppelspiral-Struktur wird wie in der Figur dargestellt kontaktiert.
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Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen oder im Rahmen fachmännischen Handelns.
