DE102017221164B4

DE102017221164B4 - Programmable heating wire

Info

Publication number: DE102017221164B4
Application number: DE102017221164.4A
Authority: DE
Inventors: Marco Schmitz; Andrea Gentile
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2037-11-28
Also published as: DE102017221164A1; KR102049967B1; KR20190062200A

Abstract

Heizdraht, umfassend:einen Leiter (1);ein mit dem Leiter in Kontakt stehendes Material (2), welches den Widerstand des Leiters in einem Bereich ändert, in dem ein vorbestimmter Strom durch den Leiter fließt; undeinen Isolator (3), der den Leiter und das Material umschließt, wobeidas Material (2) mit dem Leiter (1) reagiert, wenn der vorbestimmte Strom durch den Leiter fließt, sodass der Querschnitt des Leiters verringert wird.A heating wire comprising:a conductor (1);a material (2) in contact with the conductor which changes the resistance of the conductor in a range in which a predetermined current flows through the conductor; andan insulator (3) enclosing the conductor and the material, the material (2) reacting with the conductor (1) when the predetermined current flows through the conductor, so that the cross section of the conductor is reduced.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD

Die vorliegende Erfindung betrifft einen programmierbaren Heizdraht. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Heizdraht, dessen Widerstand sich abschnittweise beliebig einstellen lässt.The present invention relates to a programmable heating wire. In particular, the present invention relates to a heating wire whose resistance can be adjusted in any section.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Lithiumionen-Batterien, die zum Beispiel in Elektrofahrzeugen verwendet werden, weisen eine Temperatursensitivität auf. Insbesondere können diese Batterie nicht geladen werden, solange die Umgebungstemperatur kleiner als 10°C ist. Aus diesem Grund werden im Stand der Technik Lithiumionen-Batterien auf eine Temperaturgrößer größer als 10°C aufgeheizt. Hierzu sind flache Heizsysteme mit geringem Gewicht und hoher Effizienz nötig, die um die Batterien angeordnet werden können.Lithium-ion batteries, used in electric vehicles, for example, are sensitive to temperature. In particular, these batteries cannot be charged as long as the ambient temperature is less than 10°C. For this reason, in the prior art, lithium-ion batteries are heated to a temperature greater than 10°C. This requires flat heating systems with low weight and high efficiency that can be arranged around the batteries.

Weitere Anwendungsbereiche solcher flachen Heizsysteme, die aus Heizdrähten gebildet werden, sind zum Beispiel Sitzheizungen oder Lenkradheizungen.Other areas of application for such flat heating systems, which are made from heating wires, include seat heating or steering wheel heating.

Im Stand der Technik sind Heizsysteme bekannt, bei denen mehrere Heizdrähte durch Drähte verbunden sind. Diese Verbindung wird zum Beispiel durch Crimpen, Schweißen oder Löten hergestellt. Diese Heizsysteme weisen den Nachteil auf, dass die Heizzonen (Heizbereiche) bereits beim Herstellen des Heizsystems definiert werden müssen und die Isolation der Verbindungsstellen exakt sichergestellt werden muss. Dabei muss eine Vielzahl von Parametern berücksichtigt werden, wie zum Beispiel Widerstand, Durchmesser und Isolationsdicke des Heizdrahtes, Trägermaterial zum Anbringen des Heizdrahtes, Führung des Heizdrahtes und Befestigungsart des Heizdrahtes. Aufgrund dessen ist es aufwendig, ein solches Heizsystem zu erstellen.Heating systems are known in the prior art in which several heating wires are connected by wires. This connection is made, for example, by crimping, welding or soldering. These heating systems have the disadvantage that the heating zones (heating areas) must be defined when the heating system is manufactured and the insulation of the connection points must be precisely ensured. A variety of parameters must be taken into account, such as resistance, diameter and insulation thickness of the heating wire, carrier material for attaching the heating wire, routing of the heating wire and type of fastening of the heating wire. Because of this, it is complex to create such a heating system.

Weiterhin müssen die Heizdrähte mit der Versorgungsleitung verbunden werden. Löten ist im Automobilbereich oft nicht erlaubt. Mechanische Verbindungen, wie zum Beispiel Crimp-Verbindungen, unterliegen hohen Anforderungen.Furthermore, the heating wires must be connected to the supply line. Soldering is often not permitted in the automotive sector. Mechanical connections, such as crimp connections, are subject to high requirements.

1 zeigt ein Beispiel des Stands der Technik, in dem ein Heizdraht mit einer Versorgungsleitung über eine Crimp-Verbindung verbunden ist. Bei dieser Verbindung können Probleme durch die Ausziehkraft F, die unterschiedlichen Durchmesser d der Drähte und mögliche Schäden während des Crimpens auftreten. Sollte eine Crimp-Verbindung aufgrund dieser Probleme ausfallen, führt dies zu einem großflächigen Funktionsausfall des Heizsystems. 1 shows an example of the prior art in which a heating wire is connected to a supply line via a crimp connection. With this connection, problems can arise due to the pull-out force F, the different diameters d of the wires and possible damage during crimping. If a crimp connection fails due to these problems, this will lead to a widespread functional failure of the heating system.

Weiterer Stand der Technik ist in KR 20 0 429 890 Y1 und DE 10 2004 058 721 A1 beschrieben.Further state of the art is in KR 20 0 429 890 Y1 and DE 10 2004 058 721 A1 described.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Heizdraht bereitzustellen, der flexibel an seinen Einsatzort angepasst werden kann und mit möglichst wenigen (Crimp-)Verbindungen auskommt.Against this background, it is an object of the present invention to provide a heating wire that can be flexibly adapted to its location of use and requires as few (crimp) connections as possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den Heizdraht gemäß Patentanspruch 1 und das Verfahren nach Patentanspruch 7. Die abhängigen Patentansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.This problem is solved by the heating wire according to claim 1 and the method according to claim 7. The dependent claims describe preferred embodiments.

Mit einem solchen Heizdraht kann ein endloser flacher Draht hergestellt werden, dessen Heizzonen beliebig definiert bzw. programmiert werden können. Eine solche Programmierung ist insbesondere auch möglich, wenn der Heizdraht bereits an seinem Bestimmungsort befestigt ist. Die Programmierung geschieht dabei durch einen vordefinierten Strom. Dieser vordefinierte Strom in Kombination mit der entsprechenden Zeit ermöglicht es, die Heizleistung der einzelnen Heizzonen genau einzustellen. Weiterhin wird die Komplexität dadurch verringert, dass nur ein Heizdraht verwendet werden muss und nicht, wie im Stand der Technik, mehrere Heizdrähte miteinander verbunden werden müssen.With such a heating wire, an endless flat wire can be produced, the heating zones of which can be defined or programmed as desired. Such programming is also possible in particular if the heating wire is already attached to its destination. The programming is done using a predefined stream. This predefined current in combination with the corresponding time makes it possible to precisely adjust the heating output of the individual heating zones. Furthermore, the complexity is reduced by the fact that only one heating wire has to be used and not, as in the prior art, several heating wires have to be connected to one another.

Weiterhin ist ein Vorteil, dass Crimp-Verbindungen vermieden werden können.Another advantage is that crimp connections can be avoided.

Folglich ist es möglich, die Stückkosten (endloser Draht, niedrige Komplexität) und die Herstellungskosten (kein Crimpen) zu senken. Weiterhin ermöglicht der erfindungsgemäße Heizdraht eine sehr flexible Gestaltung der Heizbereiche.Consequently, it is possible to reduce unit cost (endless wire, low complexity) and manufacturing cost (no crimping). Furthermore, the heating wire according to the invention enables a very flexible design of the heating areas.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Widerstands in einem Bereichs des Heizdrahtes mit den Schritten: Einführen von Elektroden in den Heizdraht, sodass die Elektroden an den Enden des Bereichs mit dem Leiter in Kontakt sind; Anlegen einer Spannung an den Elektroden, sodass der vorbestimmte Strom durch den Leiter fließt; und Entfernen der Elektroden aus dem Heizdraht.Another aspect relates to a method for adjusting a resistance in a region of the heating wire, comprising the steps of: inserting electrodes into the heating wire so that the electrodes at the ends of the region are in contact with the conductor; applying a voltage to the electrodes so that the predetermined current flows through the conductor; and removing the electrodes from the heating wire.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 shows an example of the prior art in which a heating wire is connected to a supply line via a crimp connection.
2 shows a heating wire according to an embodiment of the present invention.
3 shows a method by which the heating wire can be programmed.
4 shows how a current is applied to the conductor via the electrodes.
5 shows schematically a reaction of the conductor with the material.
6 shows that if the voltage is constant, the current drops during programming.
7 shows that after adjusting the resistance of the conductor 1, the electrodes 10 are removed again.
8th shows the end result of a heating wire programmed according to the invention.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Dabei sind in den verschiedenen Zeichnungen gleiche oder entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the various drawings, the same or corresponding elements are each designated with the same or similar reference numerals.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die im Folgenden detailliert beschreiben werden, werden ausführlich mit Bezug auf einen Heizdraht beschrieben. Jedoch wird angemerkt, dass die folgenden Beschreibung nur Beispiele enthält und nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden sollte.The preferred embodiments of the invention, which will be described in detail below, will be described in detail with reference to a heating wire. However, it is noted that the following description contains examples only and should not be construed as limiting the invention.

2 zeigt einen Heizdraht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 2 eine Seitenansicht, einen Querschnitt und eine Draufsicht des Heizdrahtes. 2 shows a heating wire according to an embodiment of the present invention. In particular shows 2 a side view, a cross section and a top view of the heating wire.

Der Heizdraht umfasst einen Leiter 1. Der Leiter 1 wird zum Beispiel aus Kupfer oder Aluminium gebildet.The heating wire comprises a conductor 1. The conductor 1 is made of copper or aluminum, for example.

Der Heizdraht umfasst weiterhin ein mit dem Leiter in Kontakt stehendes Material 2, welches den Widerstand des Leiters in einem Bereich ändert, in dem ein vorbestimmter Strom durch den Leiter fließt. Das Material 2 reagiert mit dem Leiter 1 bzw. geht eine Verbindung mit dem Leiter 1 ein, wenn der vorbestimmte Strom durch den Leiter fließt, sodass der Querschnitt des Leiters verringert wird. Das Material 2 kann zum Beispiel ein ätzendes Pulver oder Gel sein. Das Material 2 umfasst zum Beispiel Eisen(III)-Chlorid.The heating wire further comprises a material 2 in contact with the conductor, which changes the resistance of the conductor in a range in which a predetermined current flows through the conductor. The material 2 reacts with or forms a connection with the conductor 1 when the predetermined current flows through the conductor, so that the cross section of the conductor is reduced. The material 2 can be, for example, a caustic powder or gel. The material 2 includes, for example, iron (III) chloride.

Der Heizdraht umfasst weiterhin ein Isolator 3, der den Leiter 1 und das Gel 2 umschließt. Der Isolator 3 weist bevorzugter Weise Selbstheilungseigenschaften auf, d.h. kleine Löcher/Verletzungen werden von dem Isolator 3 selbständig wiederverschlossen.The heating wire further comprises an insulator 3, which encloses the conductor 1 and the gel 2. The insulator 3 preferably has self-healing properties, i.e. small holes/injuries are automatically resealed by the insulator 3.

3 zeigt ein Verfahren, durch welches der Heizdraht programmiert werden kann. Zunächst wird ein Bereich (Zone) des Heizdrahtes identifiziert, dessen Widerstand geändert werden soll. In 3 ist dieser Bereich durch den gestrichelten Kasten gekennzeichnet. 3 shows a method by which the heating wire can be programmed. First, an area (zone) of the heating wire whose resistance should be changed is identified. In 3 This area is marked by the dashed box.

An beiden Enden des Bereichs werden Elektroden 10 platziert, die einen definierten Strom an dem Leiter 1 anlegen. Dabei durchstoßen die Elektroden 10 den Isolator 3.Electrodes 10 are placed at both ends of the area, which apply a defined current to the conductor 1. The electrodes 10 pierce the insulator 3.

4 zeigt wie ein Strom über die Elektroden 10 durch den Leiter 1 fließt. Dabei erhitzt der Strom den Leiter 1 und das Material 2 reagiert mit dem Leiter 1. 4 shows how a current flows through the conductor 1 via the electrodes 10. The current heats conductor 1 and material 2 reacts with conductor 1.

5 zeigt schematisch eine Reaktion des Leiters 1 mit dem Material 2. Ein hoher Strom erhitzt dabei den Leiter 1. Der heiße Leiter 1 reagiert mit dem Material 2. Dabei wird der Querschnitt des Leiters 1 verringert, wodurch sich der Widerstand des Leiters 1 erhöht. Dabei ist die erreichte Temperatur höher als diejenigen Temperaturen, welche im Normalbetrieb des Heizdrahtes erreicht werden. 5 shows schematically a reaction of the conductor 1 with the material 2. A high current heats the conductor 1. The hot conductor 1 reacts with the material 2. The cross section of the conductor 1 is reduced, which increases the resistance of the conductor 1. The temperature reached is higher than the temperatures reached during normal operation of the heating wire.

6 zeigt, dass bei konstanter Spannung die Stromstärke während des Programmierens abfällt, da sich der Widerstand des Leiters 1 erhöht. Dadurch wird der gewünschte Widerstandswert des Leiters 1 eingestellt. 6 shows that if the voltage is constant, the current drops during programming because the resistance of conductor 1 increases. This sets the desired resistance value of conductor 1.

Nach dem Einstellen des Widerstands des Leiters 1 werden die Elektroden 10 wieder entfernt, wie in 7 gezeigt. Die Löcher in dem Isolator 3 werden durch dessen Selbstheilungseigenschaften wieder verschlossen.After adjusting the resistance of the conductor 1, the electrodes 10 are removed again, as in 7 shown. The holes in the insulator 3 are closed again by its self-healing properties.

8 zeigt das Endergebnis eines erfindungsgemäß programmierten Heizdrahtes. Beispielhaft ist hier der Widerstand des Heizdrahtes in dem angestrebten Bereich auf 14Q eingestellt. 8th shows the end result of a heating wire programmed according to the invention. For example, the resistance of the heating wire is set to 14Q in the desired range.

Claims

Heating wire comprising: a conductor (1); a material (2) in contact with the conductor which changes the resistance of the conductor in a range in which a predetermined current flows through the conductor; and an insulator (3) enclosing the conductor and the material, wherein the material (2) reacts with the conductor (1) when the predetermined current flows through the conductor, so that the cross section of the conductor is reduced.

heating wire Claim 1 , where the predetermined current flows for a predetermined time.

Heating wire according to one of the preceding claims, wherein the predetermined current heats the conductor (1) to a predetermined temperature.

Heating wire according to one of the preceding claims, wherein the material (2) is a gel or a powder.

Heating wire according to one of the preceding claims, wherein the material (2) comprises iron (III) chloride.

Heating wire according to one of the preceding claims, wherein the insulator (3) has self-healing properties.

A method for adjusting a resistance in a region of a heating wire, the heating wire comprising a conductor, a material (2) in contact with the conductor which changes the resistance of the conductor in a region in which a predetermined current flows through the conductor, and an insulator (3) enclosing the conductor and the material, the method comprising: inserting electrodes (10) into the heating wire so that the electrodes at the ends of the region are in contact with the conductor (1); applying a voltage to the electrodes (10) so that the predetermined current flows through the conductor; and Remove the electrodes (10) from the heating wire.