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Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetfeldreduzierendes Flächenheizelement für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines magnetfeldreduzierenden Flächenheizelements.
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Flächenheizelemente werden zur gleichmäßigen und effektiven Beheizung von Flächen eingesetzt. In Kraftfahrzeugen finden Flächenheizelemente insbesondere Einsatz als Sitzheizungen, um den Fahrkomfort für einen Fahrzeuginsassen zu erhöhen und diesem beispielsweise bei geringen Außentemperaturen ein angenehmes Fahrgefühl zu vermitteln. Die Anforderungen der Fahrzeughersteller an die Gestaltung von Flächenheizelementen wachsen hierbei stetig.
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Hierbei gilt es mögliche Gesundheitsbeeinträchtigungen von Fahrzeuginsassen zu berücksichtigen. So fordert die ICNIRP-Richtlinie aus dem Jahre 1994 die Einhaltung von Grenzwerten, die durch die Exposition durch zeitlich veränderliche elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder (bis 300 GHz) hervorgerufen werden können.
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Die
DE 296 10 436 U1 beschreibt hierzu beispielsweise ein magnetfeldfreies Heizkissen, welches zwei Leiterteile aufweist, die zur Magnetfeldreduktion entweder in Serie oder parallel geschaltet gegenläufig von Strom durchflossen werden.
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Aus der
DE 103 09 207 A1 ist ein Heizleiter mit einem metallischen Leiter und einer diesen zumindest teilweise umhüllenden Ummantelung aus Kunststoff bekannt. Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Heizleiter einen Entlastungsstrang, an welchem der metallische Leiter mäandernd - insbesondere den Entlastungsstrang spiralförmig umwindend - am Entlastungsstrang angeordnet ist. Der metallische Leiter selbst weist mehrere, insbesondere parallel zu einander geschaltete Leiterstränge auf, welche gegeneinander elektrisch isoliert sind.
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Weiter offenbart die
EP 1 705 957 B1 einen elektrischen Heizleiter mit wenigstens einem elektrisch leitfähigen, aus Filamenten gebildeten Innenstrang und wenigstens einem elektrisch leitfähigen, um den Innenstrang gewundenen und ebenfalls aus Filamenten bestehenden Außenstrang. Der Innenstrang ist gegenüber dem Außenstrang wenigstens abschnittsweise isoliert. Die Isolation erfolgt mittels einer die Filamente des Außenstranges zumindest teilweise umgebenden Lackschicht.
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Die
DE 10 2012 219 578 B4 offenbart weiter eine Faserlegemaschine zum gleichzeitigen Verlegen und Vernähen mindestens zweier Faserstränge insbesondere bandförmiger Faserstränge auf ein flächiges Trägermaterial. Die Zuführung der Faserstränge erfolgt hierbei für jeden Faserstrang über einen separaten Führungsschlauch, die jeweils an einer Zuführungsvorrichtung enden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem bekannten Stand der Technik verbessertes magnetfeldreduzierendes Flächenheizelement zur Beheizung eines Fahrzeugsitzes sowie eine entsprechendes Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein magnetfeldreduzierendes Flächenheizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungsformen des Flächenheizelementes und des Verfahrens zur Herstellung des Flächenheizelementes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das magnetfeldreduzierende Flächenheizelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere in einem Kraftfahrzeug einsetzbar und umfasst zumindest einen Heizleiterstrang. Der zumindest eine Heizleiterstrang umfasst zumindest einen ersten Heizleiter mit jeweils zumindest drei Filamenten, die jeweils mittels einer umhüllenden Lackschicht zueinander isoliert und spiralförmig um einen Kern gewickelt sind. Der erste Heizleiter umfasst weiter einen äußeren Mantel. Der Heizleiterstrang umfasst weiter einen den Mantel des ersten Heizleiters zumindest abschnittsweise berührenden zweiten Heizleiter, der außer einer Lackschicht um zumindest ein Filament frei von einer Isolierung ist.
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Mit anderen Worten weist der zweite Heizleiter keine isolierende Ummantelung, also keine die Filamente gemeinsam umgebende Isolierung, auf. Eine solche Ausgestaltung erlaubt eine dünne Herstellung des Heizleiterstranges, wodurch das resultierende Flächenheizelement insgesamt flacher ausgestaltet werden kann. Zusätzlich wird aufgrund des Verzichtes einer Ummantelung weniger Material benötigt, wodurch der Herstellungsprozess des Heizleiterstranges insgesamt kostengünstiger und schneller durchführbar ist. Eine Isolierung des zweiten mantelfreien Heizleiters erfolgt durch den zumindest abschnittsweisen Kontakt des zweiten Heizleiters mit der isolierenden Ummantelung des ersten Heizleiters.
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Der zweite Heizleiter ist zweckmäßigerweise frei von einem Kern. Die Filamente des zweiten Heizleiters sind dann vorzugsweise miteinander verdrillt. Alternativ ist es im Rahmen der Erfindung grundsätzlich möglich, dass auch der zweite Heizleiter einen Kern umfasst. In diesem Fall sind die Filamente des zweiten Heizleiters zweckmäßigerweise ebenfalls spiralförmig um den Kern gewickelt sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Mehrzahl der Filamente - gegebenenfalls jedes Filament - des zweiten Heizleiters mit einer dieser umhüllenden Lackschicht versehen. Eine gemeinsame äußere Ummantelung der Filamente des zweiten Heizleiters ist auch in diesem Fall verzichtbar.
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Besonders bevorzugt ist zumindest ein Filament des zweiten Heizleiters als ein Kern-Mantel-Draht ausgebildet. Der Mantel des zumindest einen Filaments des zweiten Heizleiters ist vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet. Der Kern des zumindest einen Filaments des zweiten Heizleiters ist bevorzugt aus einem Stahl, insbesondere aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl gebildet. Eine alternative Möglichkeit sieht im Rahmen der Erfindung vor, dass der Mantel des zumindest einen Filaments des zweiten Heizleiters aus einem Stahl, insbesondere aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl und der Kern des zumindest einen Filaments des zweiten Heizleiters aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet ist.
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Um bei einem stromdurchflossenen Heizleiterstrang sicherzustellen, dass das resultierende Magnetfeld unterhalb vorgegebener Grenzwerte liegt, sind der erste Heizleiter und der zweite Heizleiter des Heizleiterstranges vorzugsweise gegenläufig bestrombar. Werden beide Heizleiter gegensinnig mit betragsmäßig gleichen Strömen bestromt, so löschen sich die durch die Stromflüsse erzeugten Magnetfelder aus und es resultiert im idealen Fall eine magnetische Feldstärke von (nahezu) Null. Auf diese Weise wird der Anforderung an vorgegebene niedrige Grenzwerte Rechnung getragen. Insbesondere sind die beiden Heizleiter gegenläufig mit beispielsweise 12 V-Gleichstrom bestrombar.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Heizleiter und der zweite Heizleiter separat voneinander bestrombar. Die Heizleiter werden also parallel zueinander über jeweils zwei Anschlussstellen pro Heizleiter bestromt. Alternativ bevorzugt sind der erste Heizleiter und der zweite Heizleiter in Reihe geschaltet und hierzu an einem ihrer Enden elektrisch miteinander verbunden.
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Eine alternative Ausgestaltung sieht weiter vor, dass die Filamente des ersten Heizleiters spiralförmig gegenläufig um dessen Kern gewickelt sind. Hierbei bilden die Filamente eine den Kern umgebende doppelhelixartige Struktur aus, die die Zugfestigkeit und die Stabilität des Heizleiters erhöht. Ist der zweite Heizleiter ebenfalls mit einem Kern ausgebildet, ist es von Vorteil, wenn die Filamente des zweiten Heizleiters ebenfalls spiralförmig gegenläufig um dessen Kern gewickelt sind.
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Vorzugsweise sind der erste Heizleiter und der zweite Heizleiter unter Ausbildung des Heizleiterstranges miteinander verdrillt bzw. verseilt. Hierdurch wird ein sogenannter ‚twisted pair‘-Heizleiterstrang ausgebildet, durch welchen sich Beeinflussungen durch äußere Felder größtenteils gegenseitig aufheben. Zur Verbesserung der Verlegeeigenschaften sind der erste Heizleiter und der zweite Heizleiter zweckmäßigerweise in entgegengesetzten Schlagrichtungen verdrillt.
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Vorzugweise ist der Kern des ersten Heizleiters aus nichtleitenden Multifilament-Fasern gebildet. Durch den Einsatz eines aus Multifilamenten bestehenden Kernes wird insbesondere die Zugfestigkeit des Heizleiters erhöht. Als Kern ist entsprechend bevorzugt ein hochzugfestes Filamentbündel eingesetzt. Weist der zweite Heizleiter ebenfalls einen Kern auf, so ist es bevorzugt, wenn auch dieser Kern aus nichtleitenden Multifilament-Fasern gebildet ist.
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Zur Ausbildung des Flächenheizelementes ist der durch den ersten Heizleiter und den zweiten Heizleiter gebildete Heizleiterstrang zweckmäßigerweise an einem Trägermaterial angeordnet. Als Trägermaterialien eignen sich insbesondere flexible Materialien wie Textilien, Gewirke oder Gewebe. Besonders bevorzugt ist als Trägermaterial ein Vlies eingesetzt. Vorzugsweise ist der zumindest eine Heizleiterstrang auf das Trägermaterial aufgenäht oder aufgestickt. Weiter von Vorteil ist der zumindest eine Heizleiterstrang zwischen zwei Lagen eines Trägermaterials angeordnet.
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Zweckmäßigerweise spannt der durch den ersten Heizleiter und den zweiten Heizleiter gebildete Heizleiterstrang auf dem Trägermaterial mäandernd oder wellenförmig eine Heizfläche auf. Hierdurch wird eine gleichmäßige Flächenbeheizung erreicht und gleichzeitig die mechanischen Belastungen bei Dehnungen des Flächenheizelementes in Quer- und Längsrichtung, wie sie beispielsweise bei einem im Fahrzeug als Sitzheizung verbauten Flächenheizelement auftreten, gering gehalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung eines magnetfeldreduzierenden Flächenheizelements für ein Kraftfahrzeug. Hierbei wird ein Trägermaterial vorgelegt und auf diesem Trägermaterial zumindest zwei, einen Heizleiterstrang bildende Heizleiter sich entlang ihres Weges berührend in gleicher Richtung verlaufend befestigt. Erfindungsgemäß werden die zumindest zwei Heizleiter dem Trägermaterial von einer gemeinsamen Aufnahmevorrichtung zugeführt.
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Die Aufnahmevorrichtung stellt somit eine gemeinsame Vorlage- bzw. Vorhalteeinrichtung für beide auf dem Trägermaterial anzuordnende Heizleiter dar. Die Heizleiter werden dem Trägermaterial aus dieser Aufnahmevorrichtung gemeinsam und insbesondere gleichzeitig zugeführt. Vorzugsweise wird als Aufnahmevorrichtung eine Vorratsspule eingesetzt, auf welcher die Heizleiter aufgerollt bzw. aufgewickelt sind.
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Bevorzugt werden die zumindest zwei Heizleiter vor der Aufbringung auf das Trägermaterial miteinander verdrillt. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Heizleiter bereits miteinander zu einem Heizleiterstrang verdrillt auf der Aufnahmevorrichtung gelagert. Mit anderen Worten wird durch die Aufnahmevorrichtung vorzugsweise ein Heizleiterstrang aus zwei verdrillten Heizleitern vorgelegt.
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Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass beide Heizleiterstränge erst nach der Entnahme von bzw. der Bereitstellung durch die gemeinsame Aufnahmevorrichtung unter Ausbildung des Heizleiterstranges miteinander verdrillt werden. Hierzu sind die beiden Heizleiter bevorzugt nebeneinander auf einer rotierenden Aufnahmevorrichtung, also beispielsweise auf einer einteiligen oder einer mehrteiligen Vorratsspule angeordnet und werden gemeinsam von dieser abgewickelt. Durch die Rotation der Aufnahmevorrichtung bei der Abwicklung der Heizleiter werden diese - vor der Aufbringung auf das Trägermaterial - miteinander verdrillt. Zweckmäßigerweise werden die zwei Heizleiter durch einen im Zick-Zack-Stich geführten Faden auf dem Trägermaterial befestigt.
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Die für das erfindungsgemäße magnetfeldreduzierende Flächenheizelement genannten Vorteile können weiter sinngemäß auf das Verfahren übertragen werden.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
- 1 ein erfindungsgemäßes magnetfeldreduzierendes Flächenheizelement mit einem auf einem Trägermaterial aufgebrachten Heizleiterstrang in einer Draufsicht,
- 2 einen Querschnitt durch den Heizleiterstrang gemäß 1,
- 2.1 einen Querschnitt durch einen weiteren Heizleiterstrang, sowie
- 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung des magnetfeldreduzierenden Flächenheizelementes gemäß 1.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes magnetfeldreduzierendes Flächenheizelement 1 in einer Draufsicht. Das Flächenheizelement 1 umfasst ein Vlies 2 als Trägermaterial 3, auf welchem ein Heizleiterstrang 4 wellenförmig aufgebracht ist. Der Heizleiterstrang 4 spannt hierdurch eine Heizfläche 5 auf.
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Der Heizleiterstrang 4 ist aus zwei Heizleitern 7, 8 gebildet, die miteinander verdrillt sind. Die Heizleiter 7, 8 sind gemäß der vorliegenden Darstellung separat voneinander gegenläufig mit beispielsweise 12 V Gleichstrom beaufschlagt. Die Heizleiter 7, 8 werden also parallel zueinander über jeweils zwei Kontaktstellen 9, 10 (angedeutet durch gestrichelte Pfeile) pro Heizleiter 7, 8 bestromt. Durch die entgegengesetzte Bestromung der Heizleiter 7, 8 mit betragsmäßig gleichen Strömen wird ein Flächenheizelement 1 geschaffen, dessen resultierendes Magnetfeld unterhalb vorgegebener Grenzwerte liegt und somit keine Gesundheitsgefahr für den Nutzer darstellt.
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Eine Schnittdarstellung der beiden den Heizleiterstrang 4 bildenden Heizleiter 7, 8 ist in 2 gezeigt. Beide Heizleiter 7, 8 umfassen vorliegend jeweils drei leitfähige Filamente 11. Die Filamente 11 des ersten Heizleiters 7 sind spiralförmig um einen hochzugfesten Kern 12 aus nicht-leitenden Multifilamenten 13 angeordnet. Der zweite Heizleiter 8 weist vorliegend keinen Kern auf. Die Filamente 11 des zweiten Heizleiters 8 sind hier miteinander verdrillt. Die spiralförmige Wicklung der Filamente 11 um den Kern 12 des ersten Heizleiters 7 sowie die Verdrillung der Filamente 11 des zweiten Heizleiters 8 sind aufgrund der Schnittdarstellung nicht zu entnehmen.
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Die Filamente 11 des ersten Heizleiters 7 sind jeweils mit einer umhüllenden Lackschicht 14 versehen und hierdurch zueinander isoliert. Zusätzlich umfasst der erste Heizleiter 7 einen äußeren Mantel 15 aus einem Isoliermaterial 16, der alle um den Kern 12 gewickelten Filamente 11 gemeinsam ummantelt.
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Im Unterschied hierzu weist der zweite Heizleiters 8 nur ein mit einer umhüllenden Lackschicht 14 versehenes Filament 11 auf. Die beiden übrigen Filamente 11 sind frei von einer Lackschicht 14. Auch weist der zweite Heizleiter 8 keine die Filamente 11 umgebende Mantelisolation 15 auf. Eine Isolierung des zweiten mantelfreien Heizleiters 8 erfolgt stattdessen dadurch, dass der zweite Heizleiter 8 den Mantel 15 des ersten Heizleiters 7 zumindest abschnittsweise berührt. Dies wird insbesondere durch eine Verdrillung der beiden den Heizleiterstrang 4 bildenden Heizleiter 7,8 (‚twisted pair‘-Heizleiterstrang) erreicht.
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Eine alternative Ausgestaltung des Heizleiters 4 mit den beiden Heizleitersträngen 7, 8 ist 2.1 zu entnehmen. Im Unterschied zu 2 umfasst der zweite Heizleiter 8 hier ebenfalls einen hochzugfesten Kern 12 aus nicht-leitenden Multifilamenten 13, um welchen die Filamente 11 des zweiten Heizleiters 8 spiralförmig gewickelt sind. Der übrige Aufbau der Heizleiter 7, 8 kann von 2 auf die in 2.1 gezeigten Heizleiter 7, 8 übertragen werden.
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In 3 ist ein Teilbereich einer Stickvorrichtung 17 zur Herstellung eines magnetfeldreduzierenden Heizelements 1 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Hierbei wird das Trägermaterial 3 vorgelegt und anschließend die Heizleiter 7, 8 dem Trägermaterial 3 zugeführt, auf diesem abgelegt und auf dem Trägermaterial 3 befestigt.
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Die beiden Heizleiter 7, 8 sind vorliegend in Form des bereits verdrillten Heizleiterstranges 4 von einer gemeinsamen Aufnahmevorrichtung 18 aufgenommen. Die Aufnahmevorrichtung 18 ist vorliegend als eine einteilige Vorratsspule 19 ausgebildet, auf welcher der verdrillte Heizleiterstrang 4 aufgewickelt ist.
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Ausgehend von der Vorratsspule 19 wird der Heizleiterstrang 4 mittels einer an der Vorratsspule 19 angeordneten, vorliegend schlauchartig ausgebildete Zuführung 20, einem einen Stickfaden 21 führenden Stickfuß 22 zugeführt, auf das Trägermaterial 3 aufgelegt und anschließend mit einer Naht 23 im Zick-Zack-Stich auf dem Trägermaterial 3 festgestickt.
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Ebenso ist es mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich möglich, zwei oder mehrere Heizleiter parallel nebeneinander (beispielsweise als Steg bzw. oder als Zwillingsleitung) auf einem Trägermaterial festzusticken. Auch in diesem Fall stellt die Aufnahmevorrichtung 18 eine gemeinsame Vorlage- bzw. Vorhalteeinrichtung für die jeweiligen Heizleiter dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29610436 U1 [0004]
- DE 10309207 A1 [0005]
- EP 1705957 B1 [0006]
- DE 102012219578 B4 [0007]
