DE102017005358A1 - Heating element for user-touchable surfaces in a vehicle and method for producing such a heating element - Google Patents
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Abstract
Heizelement für benutzerberührbare Flächen in einem Fahrzeug mit einem geschäumten Trägermaterial, in das mindestens ein Heizleiter eingebettet ist, und mit Anschlussleitern, die mit den Enden des Heizleiters elektrisch verbunden sind und eine elektrische Zuleitung bilden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die elektrische Verbindung des jeweiligen Anschlussleiters der Zuleitung mit dem jeweiligen Ende des mindestens einen Heizleiters durch mindestens eine Verbindungshülse gebildet und umschlossen ist und dass die Verbindungshülse innerhalb des geschäumten Trägermaterials angeordnet ist. Es wird auch ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizelements angegeben. A user-accessible surface heating element in a vehicle having a foamed support material in which at least one heating conductor is embedded, and connecting conductors which are electrically connected to the ends of the heating conductor and form an electrical lead, characterized in that the electrical connection of the respective Connecting conductor of the feed line is formed and enclosed with the respective end of the at least one heat conductor by at least one connecting sleeve and that the connecting sleeve is disposed within the foamed carrier material. There is also provided a corresponding method for producing such a heating element.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement für benutzerberührbare Flächen in einem Fahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizelements.The present invention relates to a heating element for user-touchable surfaces in a vehicle and to a method of manufacturing such a heating element.
Derartige Heizelemente werden für Sitzheizungen, Lenkradheizungen, aber auch für Verkleidungsteile, in einem Fahrzeug eingesetzt. In ihrem Grundaufbau weisen sie ein geschäumtes Trägermaterial auf, in das mindestens ein Heizleiter eingebettet ist, der vorzugsweise wellen- oder mäanderförmig verläuft. Die Enden des Heizleiters sind aus dem Trägermaterial herausgeführt und bilden Anschlüsse für eine elektrische Verbindung oder sind mit Anschlussleitern als elektrische Zuleitung verbunden.Such heating elements are used for seat heaters, steering wheel heating, but also for trim parts in a vehicle. In their basic structure, they have a foamed carrier material, in which at least one heating element is embedded, which preferably runs in a wave or meander shape. The ends of the heat conductor are led out of the carrier material and form connections for an electrical connection or are connected to connection conductors as an electrical supply line.
Solche Heizelemente werden üblicherweise aus zwei Schaumlagen hergestellt, zwischen denen der Heizleiter eingebettet ist. Um den Heizleiter entsprechend einem geforderten Verlegemuster zu fixieren, wird dieser zuvor an einem Trägermaterial oder in sonstiger Weise zumindest an einer der beiden Schaumlagen befestigt.Such heating elements are usually made of two foam layers, between which the heating element is embedded. In order to fix the heating conductor according to a required laying pattern, this is previously attached to a support material or otherwise attached to at least one of the two foam layers.
Die
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Heizelement, das für benutzerberührbare Flächen in einem Fahrzug geeignet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizelements anzugeben, das einen einfachen Aufbau, insbesondere in Bezug auf den Anschluss des Heizelements, besitzt, und das einfach herzustellen ist ebenso wie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Heizelements anzugeben.The present invention has for its object to provide a heating element that is suitable for user-accessible surfaces in a train, and a method for producing such a heating element, which has a simple structure, in particular with respect to the connection of the heating element, and that simple as well as to provide a method for producing such a heating element.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Heizelement gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Heizelements und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a heating element according to claim 1 and a method according to
Das Heizelement, das für benutzerberührbare Flächen in einem Fahrzeug geeignet ist, besitzt ein geschäumtes Trägermaterial, in das mindestens ein Heizleiter eingebettet ist. Unter benutzberührbare Flächen fallen unter anderem Innenverkleidungsteile, Sitzflächen, Fahrzeuglenkrad, Schaltknauf oder Wählhebel. Als ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Heizelements ist die elektrische Verbindung der Enden des Heizleiters mit elektrischen Zuleitungen durch mindestens eine Verbindungshülse gebildet und umschlossen und die Verbindungshülse ist innerhalb des geschäumten Trägermaterials angeordnet und vollständig umschäumt. Dadurch ist die Verbindungshülse, die die Verbindung zwischen Heizleiter und Zuleitung ist, sicher innerhalb des Schaummaterials gehalten und geschützt. Das Schaummaterial verbindet sich nicht nur mit der Verbindungshülse, sondern auch mit den Heizleiterenden auf der einen Seite und den Zuleitungen auf der anderen Seite der Verbindungshülse, indem es daran verklebt und so zu einer Zugentlastung beiträgt.The heating element, which is suitable for user-accessible surfaces in a vehicle, has a foamed carrier material in which at least one heating conductor is embedded. Among useable surfaces include, inter alia, interior trim parts, seats, vehicle steering wheel, gear knob or selector lever. As an essential feature of the heating element according to the invention, the electrical connection of the ends of the heat conductor with electrical leads is formed and enclosed by at least one connecting sleeve and the connecting sleeve is disposed within the foamed carrier material and completely foamed. As a result, the connecting sleeve, which is the connection between heating conductor and supply line, securely held and protected within the foam material. The foam material connects not only with the connection sleeve, but also with the heating conductor ends on one side and the leads on the other side of the connection sleeve by adhering to it and so contributes to a strain relief.
Nach dem Verfahren wird der mindestens eine Heizleiter in ein geschäumtes Trägermaterial eingebettet und die elektrische Verbindung des jeweiligen Anschlussleiters der Zuleitung mit dem jeweiligen Ende des mindestens einen Heizleiters wird durch mindestens eine Verbindungshülse umschlossen; diese Verbindungshülse wird innerhalb des geschäumten Trägermaterials angeordnet.According to the method, the at least one heating conductor is embedded in a foamed carrier material and the electrical connection of the respective connection conductor of the supply line to the respective end of the at least one heat conductor is enclosed by at least one connecting sleeve; this connection sleeve is arranged inside the foamed carrier material.
Zur Herstellung eines Heizelements, wie es vorstehend beschrieben ist, wird ein Formwerkzeug bereitgestellt. In die Kavität des Formwerkzeugs wird der mindestens ein Heizleiter entsprechend eines vorgegebenen Verlegemusters, vorzugweise wellen- oder mäanderförmig verlaufend, eingelegt. Der Heizleiter kann entsprechend dem Verlegemuster in der Kavität befestigt, gehalten und/oder fixiert werden. Das jeweilige Ende des Heizleiters und das diesem Ende zugeordnete Ende des Anschlussleiters werden in einer unter Wärme schrumpfbaren und ein Lötmittel enthaltenden Verbindungshülse innerhalb des Formwerkzeugs angeordnet, bevor dann das Formwerkzeug geschlossen wird. Anschließend wird ein lokaler Bereich des Formwerkzeugs, der der Verbindungshülse zugeordnet ist, aufgeheizt. Hierdurch wird das Lötmittel, das sich in der Verbindungshülse befindet, verflüssigt, so dass die elektrische Verbindung zwischen Heizleiter und Zuleitung hergestellt wird. Hierbei sind das jeweilige Ende des Heizleiters und das hierzu zugeordnete Ende der Zuleitung entweder mit Abstand zueinander oder zueinander überlappend derart positioniert, dass in der Verbindungshülse befindliche Lötmittel ausreichend ist, um die Enden miteinander zu verlöten. Gleichzeitig wird durch die Wärmeeinwirkung die Verbindungshülse auf die Verbindungsstelle zwischen Ende des abisolierten Heizleiters und Ende der abisolierten Zuleitung, und somit auch auf die Verbindungsstelle, aufgeschrumpft. Es ist auch vorgesehen, dass auf der Innenseite der Verbindungshülse neben Lötzinn auch ein Klebemittel aufgebracht ist, das aktiviert wird und eine zusätzliche Klebeverbindung mit den Enden des Heizleiters und der Zuleitung herstellt; dadurch wird eine sehr gute Dichtheit gegen Eindringen von Flüssigkeiten erreicht und weiterhin wird dadurch eine sehr gute Zugentlastung, beispielsweise gegen Zugbeanspruchung auf die Zuleitung erreicht.To produce a heating element as described above, a mold is provided. In the cavity of the mold, the at least one heating conductor according to a predetermined laying pattern, preferably wavy or meandering, inlaid. The heating conductor can be fastened, held and / or fixed in the cavity in accordance with the laying pattern. The respective end of the heating conductor and the end of the connecting conductor assigned to this end are arranged in a heat-shrinkable and a solder-containing connecting sleeve within the mold before the mold is then closed. Subsequently, a local area of the mold, which is associated with the connecting sleeve, heated. As a result, the solder, which is located in the connecting sleeve, liquefied, so that the electrical connection between heating conductor and supply line is made. In this case, the respective end of the heating conductor and the associated end of the feed line are positioned either at a distance from one another or overlapping one another such that solder located in the connection sleeve is sufficient to solder the ends together. At the same time the connection sleeve is shrunk by the action of heat on the connection point between the end of the stripped heat conductor and the end of the stripped supply line, and thus also on the connection point. It is also envisaged that on the inside of the connecting sleeve in addition to solder and an adhesive is applied, which is activated and produces an additional adhesive connection with the ends of the heating conductor and the supply line; As a result, a very good tightness against ingress of liquids is achieved and, furthermore, a very good strain relief, for example against tensile stress on the supply line, is achieved as a result.
Gegen Ende des Schrumpfungsvorgangs, oder nach dem Schrumpfungsvorgang, wird die Kavität mit einem einen Schaum bildenden Material gefüllt, das unter Wärme oder auch durch ein Reaktionsmittel aufschäumt, so dass die Kavität des Formwerkzeugs ausgeschäumt wird. Hierdurch werden sowohl der Heizleiter, die Verbindungshülse und die in der Verbindungshülse verbundenen Zuleitungen umschäumt. Anschließend kann das Heizelement aus dem Formwerkzeug entnommen werden. Bevorzugt wird ein Zwei-Komponenten-Schaummaterial verwendet.Towards the end of the shrinking process, or after the shrinking process, the cavity is filled with a foam-forming material which foams under heat or by a reaction agent, so that the cavity of the mold is foamed. As a result, both the heating conductor, the connecting sleeve and the leads connected in the connecting sleeve are foamed. Subsequently, the heating element can be removed from the mold. Preferably, a two-component foam material is used.
Die Bereiche der Stifte in dem Formwerkzeug führen zu Hohlräumen oder Durchgangslöchern in dem geschäumten Trägermaterial des Heizelements, wenn das Heizelement aus dem Formwerkzeug entnommen ist. Die Größe, die Art, die Form dieser Hohlräume oder Durchgangslöcher kann durch eine entsprechende Formgebung und Länge der Stifte beeinflusst werden, unabhängig der Funktion der Stifte als Führungselemente, um den Heizleiter in der Kavität vor dem Injizier- bzw. Füll- oder dem Schäumungs- bzw. Spritzvorgang zu verlegen und/oder zu fixieren.The portions of the pins in the mold lead to voids or through holes in the foamed support material of the heating element when the heating element is removed from the mold. The size, type, shape of these cavities or through-holes may be affected by appropriate styling and length of the pins, independent of the function of the pins as guide elements, to secure the heating conductor in the cavity prior to injecting, filling or foaming. or to lay the injection process and / or to fix.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird folglich in einem Arbeitsvorgang ein Heizelement hergestellt, bei dem der Heizleiter in ein Schaummaterial eingeschäumt ist, bei dem der Heizleiter mit den Zuleitungen verbunden wird bzw. verlötet wird, sich hierdurch eine feste und sichere Verbindung zwischen Heizleiter und Zuleitungen ergibt und die Verbindungsstelle, gebildet durch die Verbindungshülse, in das Schaummaterial eingebettet ist.With the method according to the invention, therefore, a heating element is produced in a single operation in which the heating element is foamed into a foam material in which the heating element is connected to the leads or soldered, this results in a solid and secure connection between the heating conductor and leads and the connection point, formed by the connection sleeve, is embedded in the foam material.
Die in das Trägermaterial eingeschäumte Verbindungshülse soll bevorzugt den Bereich der Verbindung zumindest flüssigkeitsdicht verschließen, um bei dem Ausschäumen sicherzustellen, dass beim Bilden des geschäumten Trägermaterials kein Schaum in die Verbindungshülse eindringt, was nachteilig die Verbindungsstelle beeinflussen könnte. Weiterhin soll mit der zumindest flüssigkeitsdichten Verbindung erreicht werden, dass auftretende Zugkräfte zwischen Heizdraht und Zuleitung mittels der Verklebung innerhalb der Verbindungshülse eliminiert werden.The foamed into the carrier material connecting sleeve should preferably close the region of the compound at least liquid-tight, to ensure during foaming that when forming the foamed carrier material no foam penetrates into the connecting sleeve, which could adversely affect the joint. Furthermore, should be achieved with the at least liquid-tight connection that occurring tensile forces between the heating wire and supply line by means of bonding within the connecting sleeve are eliminated.
Vorzugsweise wird für die Verbindung von Heizleiter und Zuleitung Lötzinn verwendet. Hierzu sollte die Verbindungshülse auf ihrer Innenseite mit Lötzinn beschichtet sein, und die Verbindungshülse sollte eine unter Wärme schrumpfende Hülse sein. Zusätzlich kann die Verbindungshülse auch einen Schmelzkleber enthalten, vorzugsweise im Bereich der Enden der Verbindungshülse, so dass nach Aufschrumpfen der Hülse auf die Verbindungsstelle eine zusätzliche Verklebung zwischen Verbindungshülse und Heizleiter/Zuleitung erzielt wird.Preferably solder is used for the connection of heat conductor and supply line. For this purpose, the connecting sleeve should be coated on its inside with solder, and the connecting sleeve should be a heat shrinking sleeve. In addition, the connecting sleeve may also contain a hot melt adhesive, preferably in the region of the ends of the connecting sleeve, so that after shrinking the sleeve on the connection point an additional bonding between the connecting sleeve and heating conductor / feed line is achieved.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Heizleiter in einem vorgegebenen Verlegemuster, bevorzugt wellen- oder mäanderförmig oder in Form eines Polygonzugs, in das Formwerkzeug eingelegt wird. Hierzu sind in dem Formwerkzeug, das aus mindestens zwei Hälften aufgebaut sein kann, Stifte angeordnet, um die der Heizleiter entsprechend dem vorgesehenen Verlegemuster geführt wird. Eine Verlegung des Heizleiters, oder auch von mehreren Heizleitern, kann automatisiert erfolgen.A particularly preferred embodiment of the method provides that the heating element in a predetermined laying pattern, preferably wave or meander shape or in the form of a polygon, is inserted into the mold. For this purpose, pins are arranged in the mold, which may be composed of at least two halves, around which the heating conductor is guided in accordance with the intended laying pattern. A laying of the heating element, or of several heating conductors, can be automated.
Die Stifte halten folglich den Heizleiter in einer Position, so dass er sich nach dem Ausschäumen der Kavität in einer Ebene befindet, die sicherstellt, dass er auf beiden Seiten in das Schaummaterial eingeschäumt ist und von dem Schaummaterial umgeben ist. Es ist auch vorgesehen, dass, falls erforderlich, auch die Zuleitungen, die zu der Verbindungshülse führen, durch solche Stifte in einer vorgegebenen Position gehalten werden. Der Abstand zwischen Heizleiter und Oberseite des geschäumten Trägermaterials bzw. der Abstand zwischen Heizleiter und Unterseite des geschäumten Trägermaterials kann variieren.The pins thus hold the heating element in a position such that, after the cavity has been foamed, it is in a plane which ensures that it is foamed into the foam material on both sides and is surrounded by the foam material. It is also contemplated that, if necessary, the leads leading to the connector sleeve will also be held in a predetermined position by such pins. The distance between the heating conductor and the upper side of the foamed carrier material or the distance between the heating conductor and the underside of the foamed carrier material may vary.
Damit der Heizleiter beim Verlegen in einer bestimmten Position in Bezug auf die Länge der Stifte gehalten wird, sind an den Stiften Einkerbungen oder Auflagen/Absätze vorgesehen, in die sich der Heizleiter einlegt oder auflegt und gegen ein Verrutschen gesichert ist. In order to keep the heat conductor in a certain position with respect to the length of the pins during installation, notches or supports / shoulders are provided on the pins, into which the heating conductor inserts or hangs up and is secured against slipping.
Bei der Herstellung des Heizelements kann in die Kavität des Formwerkzeugs ein Temperaturerfassungselement, vorzugsweise ein NTC-Fühler (Negative Thermal Coefficient - Heißleiter), eingesetzt und umschäumt werden. Auch dessen Anschlussenden können mit Zuleitungen über eine oder mehre entsprechende Verbindungshülse(n), wie sie vorstehend in Bezug auf den Heizleiter beschrieben sind, verbunden werden, wobei auch diese Verbindungshülse(n) in das Schaummaterial beim Ausschäumen der Kavität eingebettet werden.In the production of the heating element, a temperature sensing element, preferably an NTC sensor (negative thermal coefficient) can be inserted and foamed into the cavity of the molding tool. Also its terminal ends can be connected to leads via one or more corresponding connection sleeve (s), as described above with respect to the heating element, whereby also this connection sleeve (s) are embedded in the foam material during foaming of the cavity.
In der Kavität kann ein geschlossen- oder auch ein offenporiger Schaum gebildet werden, wobei ein offenporiger Schaum bevorzugt ist. Der Schaum bzw. das Schaummaterial wird bevorzugt drucklos in das Formwerkzeug injiziert, um die Position des mindestens einen Heizleiters nicht zu beeinflussen.In the cavity, a closed or an open-pored foam can be formed, with an open-pored foam is preferred. The foam or the foam material is preferably injected without pressure into the mold in order not to influence the position of the at least one heat conductor.
Um das Heizelement an einer zu beheizenden Fläche zu verbinden, ist eine bevorzugte Maßnahme diejenige, in das Formwerkzeug Befestigungsmittel einzulegen, die einer Oberfläche des Heizelements zugeordnet sind und sich beim Ausschäumen der Kavität mit dem Schaummaterial verbinden. Nach Herausnahme des Heizelements aus dem Formwerkzeug befinden sich dann diese Befestigungsmittel auf der einen Oberfläche des Trägermaterials aus Schaum. Die Befestigungsmittel können ein Klebeband oder ein Teil eines Klettbands, vorzugsweise ein Flauschband, sein.In order to connect the heating element to a surface to be heated, a preferred measure is that of inserting into the mold fastening means which are associated with a surface of the heating element and connect during foaming of the cavity with the foam material. After removal of the heating element from the mold then these fasteners are on the one surface of the carrier material of foam. The fastening means may be an adhesive tape or a part of a Velcro, preferably a loop tape.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Heizelements ist darin zu sehen, dass für die Positionierung und Fixierung des Heizleiters in dem geforderten Verlegemuster kein Trägermaterial erforderlich ist.Another essential feature of the heating element according to the invention is the fact that no carrier material is required for the positioning and fixing of the heating element in the required laying pattern.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine Draufsicht auf die eine Hälfte eines Formwerkzeugs mit darin verlegtem Heizleiter und Verbindungshülse, -
2 einen Schnitt entlang der SchnittlinieA -A in1 , jedoch mit der Bodenfläche eines oberen Formteils, das nicht in1 zu sehen ist, -
3 eine weitere schematische Darstellung einer Draufsicht auf die eine Hälfte eines Formwerkzeugs, vergleichbar mit1 , mit einem zusätzlichen Temperaturerfassungselement und mit einem vergrößerten Ausschnitt eines Teils des Verlaufs des Heizelements, -
4A einen Schnitt entlang der SchnittlinieB -B in3 , -
4B eine weitere schematische Darstellung entsprechend der4A , -
5 eine schematische Draufsicht auf eine Verbindungshülse, wie sie beispielsweise für das Heizelement der1 und der3 verwendet wird, -
6 ein Flussdiagramm, das die wesentlichen Schritte zum Herstellen des erfindungsgemäßen Heizelements darstellt, -
7 schematisch ein Fahrzeuglenkrad, und -
8 eine Abwicklung in Richtung des Doppelpfeils in7 eines Teils eines Heizelements fürdas Lenkrad der 8 mit einem vergrößerten Ausschnitt eines Teils des Verlaufs des Heizelements
-
1 a plan view of the one half of a mold with laid therein heating conductor and connecting sleeve, -
2 a section along the cutting lineA -A in1 but with the bottom surface of an upper molding not in1 you can see, -
3 a further schematic representation of a plan view of the one half of a mold, comparable with1 with an additional temperature sensing element and with an enlarged section of a part of the profile of the heating element, -
4A a section along the cutting lineB -B in3 . -
4B a further schematic representation according to the4A . -
5 a schematic plan view of a connecting sleeve, as for example for the heating element of1 and the3 is used, -
6 a flow chart illustrating the essential steps for producing the heating element according to the invention, -
7 schematically a vehicle steering wheel, and -
8th a settlement in the direction of the double arrow in7 a part of a heating element for the steering wheel of8th with an enlarged section of a part of the course of the heating element
Das erfindungsgemäße Heizelement wird unter Verwendung eines Formwerkzeugs hergestellt, das vorzugsweise aus zwei Formteilen
Die
Auf einer Bodenfläche
Die Verbindungshülse
Wie
Wie anhand der
Das Formwerkzeug
Wie anhand der
Die
Die Verbindungshülsen
Der vergrößerte Ausschnitt des Heizelements
In den
In einem ersten Schritt
Dann wird im Schritt
Es ist anzumerken, dass die einzelnen Arbeitsvorgänge, wie sie im Schritt
In vorteilhafterweise kann der Schritt
Im Schritt
Im Schritt
Es ist ersichtlich, dass der Herstellungsprozess des Heizelements
Die
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102014005190 A1 [0004]DE 102014005190 A1 [0004]
- WO 2006/015588 A1 [0005]WO 2006/015588 A1 [0005]
- DE 3725408 A1 [0006]DE 3725408 A1 [0006]
- DE 10152719 C1 [0007]DE 10152719 C1 [0007]
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