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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Flächenheizelement für benutzerberührbare Flächen.
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Heizelemente für die Beheizung von Flächen in Fahrzeugen, mit denen ein Benutzer in Berührung kommt, wie beispielsweise Sitzflächen, zählen heute zu einer standardmäßigen Ausstattung. Zur gleichmäßigen und effektiven Beheizung von Flächen wie Panels, Sitzen, Sitzflächen, Armauflagen, Dachhimmel, Seitenverkleidungen oder dergleichen werden üblicherweise flächige Heizelemente mit an entsprechenden Trägermaterialien angeordneten Heizleitern 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.
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Hierbei sind insbesondere in Sitzen integrierte Flächenheizelemente mechanischen Beanspruchungen durch die wechselnden Belastungen bei der Benutzung des Sitzes insbesondere während des Fahrbetriebs ausgesetzt. Durch Materialermüdung können beispielsweise Brüche der Heizleiter entstehen, die letztendlich zum Ausfall des Heizelementes führen. Insbesondere dann, wenn ein Heizelement durch einen Abspanngraben einer Sitzfläche oder in eine bewegliche Sitztiefenverstellung geführt werden muss, treten im Bereich des Ein- und Auslaufs Falten und hohe Biegewechselzyklen sowohl am Heizleiter als auch an dem entsprechenden Trägermaterial auf.
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Wird der elektronische Leiter als Heizleiter ausgebildet, so erzeugt dieser insbesondere bei engen Durchführungen zwischen zwei Segmenten hohe Verlustleistungen und bedingt eine unerwünschte Wärmeentwicklung. Beispielsweise muss ein durch einen engen Graben geführte Heizleiter fast an der gleichen Stelle ein- und wieder auslaufen, wodurch sich die Leistungen addieren. Gleichzeitig wird hierbei die Wärmeabfuhr durch das Polster stark behindert. Zur Umgehung solcher und ähnlicher Problematiken sind verschiedene Umgehungslösungen bekannt.
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Aus der
DE 10 2010 023 783 A1 ist eine Heizeinrichtung zur Beheizung mindestens einer Oberfläche eines zu beheizenden und mit mindestens einem Bezug bezogenen Gegenstandes bekannt. Die Heizeinrichtung umfasst mindestens einen elektrischen Leiter oder Leiterstrang zum Leiten elektrischer Energie, und mindestens einen Träger zum Tragen des elektrischen Leiters oder Leiterstranges. Weiter weist die Heizeinrichtung mindestens eine Entlastungseinrichtung auf, um eine mechanische Belastung mindestens eines Leiters oder Leiterstranges zu vermindern. Die Entlastungseinrichtung ist hier beispielsweise zumindest teilweise durch eine zusätzliche Begleitkomponente wie eine zusätzlich am Träger angeordnete Zugübertragungseinrichtung ausgebildet, die auf beiden Seiten des von der Abspannzone unterteilten Trägers bzw. der Heizeinrichtung befestigt werden kann.
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Die
DE 195 25 443 C2 offenbart ein flächiges Heizelement, bestehend aus zwei durch einen Graben getrennte Heizpolster, die einen in einer Heizleiterebene sinusförmig verlegten Heizleiter aufweisen, der beim Übertritt aus einem Heizpolster in das andere Heizpolster den Graben überspannt. Jedes der Heizelemente besteht hierbei aus einem oberen Heizpolsterteil und einem unteren Heizpolsterteil, zwischen denen der Heizleiter in der Heizleiterebene sinusförmig verläuft. Die unteren Heizpolsterteile weisen im Bereich des Grabens Abschrägungen auf und bilden dabei schräge Heizleiterebenen, auf denen die Heizleiter kontinuierlich in den Graben eingeführt werden. Der Heizleiter ist nur in der horizontalen Heizleiterebene verklebt, während er in der schrägen Heizleiterebene frei beweglich ist. Unter Belastung der Heizpolster ist der Heizleiter in der schrägen Heizleiterebene kraftschlüssig fixiert.
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Weiter ist aus der
DE 10 2007 019 843 B3 eine elektrische Sitzheizung mit Heizleitern bekannt, die in mindestens zwei Segmente unterteilt ist, wobei die zwei Segmente durch mindestens einen elektrischen Leiter verbunden sind. Zwischen den Segmenten verläuft entlang des jeweiligen elektrischen Leiters ein von einer Decklage unabhängiger Kunststoff-Folienstreifen, der aus Polyimid oder aus PET gebildet ist und in wärmeleitendem Kontakt mit dem Leiter steht. Der elektrische Leiter ist hierbei Teil der die Wärme erzeugenden Heizleiter der Heizelemente.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vereinfacht und kostengünstig herstellbares Flächenheizelement mit einem gegenüber im verbauten Zustand auftretenden Belastungen geschützten Heizleiter bereitzustellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Flächenheizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen des Flächenheizelementes sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das Flächenheizelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für den Einsatz im Bereich benutzerberührbarer Flächen vorgesehen und umfasst mindestens zwei eine Grundfläche bildende Heizsegmente, die jeweils durch zumindest einen auf einem Trägermaterial angeordneten Heizleiter gebildet und über mindestens ein den Heizleiter tragendes Verbindungselement miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist das mindestens eine Verbindungselement durch das Trägermaterial gebildet und der Heizleiter ist im Bereich des mindestens einen Verbindungselementes unlösbar durch auf sich selbst geklapptes Trägermaterial eingebettet.
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Mit anderen Worten ist der Heizleiter im Bereich des Verbindungselementes integral durch das Trägermaterial aufgenommen. Das Trägermaterial erfüllt somit gleichzeitig verschiedene Funktionen: es dient sowohl der Positionierung des zumindest einen Heizleiters des jeweiligen Heizsegmentes, als auch dem gezielten Schutz des Heizleiters im Übergangsbereich zwischen zwei Heizsegmenten. Hierdurch ist der Einsatz zusätzlicher Schutz- oder Führungskomponenten für den Heizleiter im Bereich des Verbindungselementes verzichtbar. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Verbindungselement durch einen Grabendurchgang eines Sitzes geführt werden muss.
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Das Trägermaterial weist im Übergangsbereich zwischen zwei Heizsegmenten vorzugsweise jeweils einen mit der Kontur des Verbindungselements korrespondierenden Überstand auf, der frei von dem Heizleiter des Flächenheizelementes ist. Der Überstand ist ebenfalls Teil des Trägermaterials. Durch ein Umklappen des Überstandes entlang einer Knick-, Klapp- oder Faltkante auf das den Heizleiter führende Trägermaterial wird dann das Verbindungselement gebildet.
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Dank der umklappbaren Überstände ist es möglich, das Flächenheizelement einfach und materialsparend zu fertigen. Das die Überstände insbesondere unmittelbar entlang der Kanten der Grundfläche ausgebildet sind, entsteht im Rahmen der Fertigung beispielsweise mittels eines Stanzprozesses kaum Materialüberschuss.
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Das Trägermaterial ist insbesondere einlagig gefertigt. Der Heizleiter ist somit im Bereich der Grundfläche von einer Lage eines Trägermaterials aufgenommen und lediglich im Bereich der Verbindungselemente durch eine zweite Lage des Trägermaterials überdeckt. Insbesondere ist der umgelegte Überstand auf das den Heizleiter tragende Trägermaterial geklebt, wobei durch die hierbei zustande kommende Doppellagigkeit in Kombination mit beispielsweise einem Verkleben im Bereich des oder jedes Verbindungselementes die unlösbare Einbettung des Heizleiters an der gewünschten Position erreicht wird.
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Als Trägermaterial eignet sich insbesondere ein flexibles Material wie ein Textil, ein Gewirke oder ein Gewebe. Besonders bevorzugt ist als Trägermaterial ein Vlies eingesetzt. Vorzugsweise ist der Heizleiter auf das Trägermaterial aufgenäht oder aufgestickt.
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Das Flächenheizelement umfasst mindestens zwei Heizsegmente, die der Beheizung von benutzerberührbaren Flächen dienen und über zumindest ein Verbindungselement verbunden sind. Unter einem Heizsegment wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Teilfläche der Grundfläche des Flächenheizelementes verstanden. Mit anderen Worten bilden die Heizsegmente gemeinsam das Flächenheizelement. Durch die Segmentierung des Flächenheizelementes lassen sich verschiedenste Flächen somit gezielt beheizen. Die jeweilige Anzahl der Segmente ebenso wie Ihre Größe ist hierbei insbesondere in Abhängigkeit der Geometrie und der Beschaffenheit der zu beheizenden Fläche wählbar.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das oder jedes Verbindungselement in einer Erstreckungsrichtung der Grundfläche ausgebildet. Unter einer Grundfläche wird im Rahmen der Erfindung die Fläche verstanden, die durch die einzelnen Heizsegmente gebildet ist. Mit anderen Worten setzt sich die Grundfläche des Flächenheizelementes aus den Teilflächen der jeweiligen Heizsegmente zusammen.
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Eine Erstreckungsrichtung bezeichnet im Sinne der Erfindung die Richtung, die die geometrische Ausdehnung der Grundfläche des Flächenheizelementes in Längsrichtung (Längsausdehnung der Grundfläche) und in Querrichtung (Querausdehnung der Grundfläche) beschreibt. Beispielsweise ist bei einem im Sitz oder in der Lehne eines Kraftfahrzeuges verbauten Flächenheizelement unter der Längsrichtung vorliegend die Richtung parallel zur Sitz- bzw. Lehnenachse zu verstehen. Die Querrichtung bezeichnet die Richtung quer also senkrecht zur Sitz- bzw. Lehnenachse.
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Besonders bevorzugt ist der Heizleiter im Bereich des Verbindungselementes unlösbar durch in und/oder entgegen der jeweiligen Erstreckungsrichtung auf sich selbst geklapptes Trägermaterial eingebettet. Mit anderen Worten wird der Überstand des Trägermaterials parallel zur Erstreckungsrichtung auf das den Heizleiter tragende Trägermaterial umgelegt und dort befestigt. Wird die Erstreckungsrichtung eines wie vorbeschrieben in einem Sitz verbauten Flächenheizelementes als parallel zur Sitzachse definiert, so wird das Trägermaterial vorzugsweise ebenfalls entlang dieser Richtung auf den Heizleiter umgeklappt. Der hierzu genutzte Überstand des Trägermaterials erstreckt sich entsprechend ebenfalls entlang des Außenumfangs der Grundfläche parallel zur Längsausdehnung des Flächenheizelementes. Die Knick- bzw. Faltkante hingegen erstreckt sich dann quer zur Sitzachse.
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Eine alternative oder zusätzlich Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Heizleiter im Bereich des Verbindungselementes unlösbar durch quer zur jeweiligen Erstreckungsrichtung auf sich selbst geklapptes Trägermaterial eingebettet ist. In diesem Fall erstreckt sich die Knick- bzw. Faltkante im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung, also parallel bzw. gleich gerichtet zur Sitzachse.
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Vorzugsweise ist das oder jedes Verbindungselement am Außenumfang der Grundfläche des Flächenheizelementes ausgebildet. Insbesondere ist das oder jedes Verbindungselement in Form einer Lasche, eines Ohres oder einer Auskragung am Außenumfang ausgebildet. Die Anzahl ebenso wie die geometrische Beschaffenheit des jeweiligen Verbindungselementes ist hierbei zweckmäßigerweise auf das Einsatzgebiet und die gewünschte Positionierung des Flächenheizelementes abgestimmt. Muss das Flächenheizelement beispielsweise durch einen Abspanngraben einer Sitzfläche oder in eine bewegliche Sitztiefenverstellung geführt werden, ist das Flächenheizelement in diesem Bereich besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Durch die Ausbildung von Verbindungselementen durch auf den in diesem Bereich auf sich selbst umgelegtes bzw. umgeklapptes Trägermaterial wird der Heizleiter effektiv gegen mögliche Beschädigungen geschützt.
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Zweckmäßigerweise sind die Heizsegmente des Flächenheizelementes jeweils zumindest in Teilbereichen zueinander beabstandet. Die hierdurch entstehenden Beabstandungsbereiche - also die in einer Erstreckungsrichtung resultierenden Freiräume bieten eine weiter verbesserte Möglichkeit, das jeweilige Flächenheizelement beispielsweise durch Abspanngräben von Sitzflächen zu führen oder auch gezielt Teilbereiche unbeheizt zu lassen.
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Das oder jedes Verbindungselement kann sich dann im Rahmen der Erfindung beispielsweise vom Außenumfang der durch ein erstes Heizsegment gebildeten Teilfläche entlang der Erstreckungsrichtung des Flächenheizelementes bis hin zum Außenumfang einer durch ein zweites Heizsegment gebildeten zweiten Teilfläche erstrecken.
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Durch die zumindest teilweise Beabstandung der Heizsegmente zueinander sind zwischen diesen entsprechende Beabstandungsbereiche ausgebildet. Eine weiter bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht hier vor, dass das oder jedes Verbindungselement innerhalb des oder jedes durch die Teilbereiche gebildeten Beabstandungsbereiches ausgebildet ist. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht dann beispielsweise eine ein als Steg ausgebildetes Verbindungelement vor. Auch in diesem Fall ist der Heizleiter selbstverständlich im Bereich des Verbindungselementes unlösbar durch auf sich selbst geklapptes Trägermaterial eingebettet. Jedoch wird hier der Überstand des Trägermaterials zweckmäßigerweise quer zur Erstreckungsrichtung des Flächenheizelementes bzw. dessen Grundfläche (im vorbeschriebenen Einbauzustand in einem Kraftfahrzeugsitz also quer zu Sitzachse) umgelegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind alle Heizsegmente mit zumindest einem gemeinsamen elektrischen Leiter ausgebildet. Der zumindest eine Heizleiter dient somit der Beheizung aller Heizsegmente des Flächenheizelementes und ist im Bereich des mindestens einen Verbindungselementes unlösbar durch das auf sich selbst geklappte Trägermaterial eingebettet. Eine alternative Ausgestaltung sieht vor, dass ein Teil der Heizsegmente oder jedes Heizsegment jeweils einen separaten Heizleiter umfassen. Die jeweiligen Anschlüsse der Heizleiter werden dann über das oder die jeweiligen Verbindungselemente zum Anschlussbereich des Flächenheizelementes geführt.
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Zweckmäßigerweise spannt der zumindest eine Heizleiter auf der Grundfläche des Trägermaterials 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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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
- 1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Flächenheizelementes mit an dessen Außenumfang und in einem Beabstandungsbereich ausgebildeten Überständen in einer Draufsicht,
- 2 den Ausschnitt des erfindungsgemäßen Flächenheizelementes gemäß 1 mit in voneinander verschiedenen Erstreckungsrichtungen umgelegten Überständen,
- 3 einen Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Flächenheizelementes mit am Außenumfang und im Beabstandungsbereich zwischen ausgebildeten Überständen in einer Draufsicht, sowie
- 4 den Ausschnitt des erfindungsgemäßen Flächenheizelementes gemäß 3 mit in einer Erstreckungsrichtung umgelegten Überständen.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Flächenheizelementes 1, welches grundsätzlich zur Beheizung von benutzerberührbaren Flächen eingesetzt werden kann. Das vorliegende Flächenheizelement 1 ist als Heizelement zum Einbau in einem Sitz eines Kraftfahrzeuges vorgesehen.
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Das Flächenheizelement 1 weist gemäß 1 drei voneinander beabstandete Heizsegmente 2, 3, 4 auf, die die Grundfläche 5 des Flächenheizelementes 1 bilden. Die drei Heizsegmente 2, 3, 4 sind jeweils aus einem Trägermaterial 6 mit einem auf diesem aufgebrachten Heizleiter 7 gebildet. Der Heizleiter 7 ist dabei auf dem Trägermaterial 6 aufgenäht, vorzugsweise aufgestickt und dient der gemeinsamen Beheizung der drei Heizsegmente 2, 3, 4. Mit anderen Worten verläuft der eine Heizleiter 7 über alle drei Heizsegmente 2, 3, 4.
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Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, separate Heizleiter 7 auf jedem der drei Heizsegmente 2, 3, 4 vorzusehen oder beispielsweise zwei Heizsegmente 2,3 mit einem gemeinsamen Heizleiter 7 auszubilden und das dritte Heizsegment 4 mit einem weiteren Heizleiter 7 zu versehen. Weiter ist die Anzahl der beheizten Heizsegmente 2, 3, 4 im Rahmen der Erfindung nicht begrenzt, sondern an die jeweilig zu beheizende Fläche, also den vorgesehenen Einsatzort (Fahrzeugsitz, Rückenlehne, Paneel oder ähnliches) anpassbar.
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Das Trägermaterial 6, das vorliegend ein Vlies ist, ist einlagig und einstückig hergestellt, so dass alle drei Heizsegmente 2, 3, 4 durch dieselbe Lage eines Trägermaterials 6 gebildet werden. Auf der Grundfläche 5 ist ein Heizleiter 7 aufgestickt, der auf jedem Heizsegment 2, 3, 4 jeweils eine Heizfläche 8 aufspannt.
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Die Heizsegmente 2, 3, 4 sind vorliegend in Längsrichtung 9 (erste Erstreckungsrichtung) hintereinander angeordnet und über entsprechende Verbindungselemente 10, 11 miteinander verbunden. Unter der Längsrichtung 9 wird hier die Richtung parallel zur Achse des Sitzes (im in einem Fahrzeug eingebauten Sitz die Längsachse des selbigen) verstanden, in welcher sich das Flächenheizelement 1 im eingebauten Zustand erstreckt. Mit anderen Worten gesagt, entspricht die Längsrichtung 9 der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs.
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Am Außenumfang 12 des in Längsrichtung 9 mittig angeordneten Heizsegments 3 sind vorliegend einander in einer Fläche gegenüberliegend zwei Verbindungselemente 10 in Form von Laschen 13 ausgebildet. Die Laschen 13 erstrecken sich vom Außenumfang 13 der durch das obere (oder in Längsrichtung 9 hinterste) Heizsegment 2 gebildeten Teilfläche 14 entlang der Längsrichtung 9 des Flächenheizelementes 1 bis hin zum Außenumfang 12 der durch das mittige Heizsegment 4 gebildeten Teilfläche 15.
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Das Trägermaterial 6 ist im Bereich der Laschen 13 mit jeweils einem Überstand 16 gefertigt, der sich parallel zur Längsrichtung 9, also zur ersten Erstreckungsrichtung des Flächenheizelementes 1 erstreckt. Die jeweiligen Überstände 16 sind frei von dem Heizleiter 7 des Flächenheizelementes 1 und weisen eine mit der Kontur der Laschen 13 korrespondierende Kontur auf. Die Falt- bzw. Knickkante 17, an welcher der jeweilige Überstand 16 zur Einbettung des Heizleiters 7 umgelegt wird, erstreckt sich wiederum in einer zweiten Erstreckungsrichtung 18 quer zur Längsrichtung 9. Mit anderen Worten gesagt, ist mit der zweiten Erstreckungsrichtung die Richtung gemeint, die quer zur Fahrtrichtung eines Fahrzeugs weist. Der Überstand 16 wird dann bei der Fertigung des Flächenheizelementes 1 an der Knickkante 17 so umgelegt und verklebt, dass der Heizleiter 7 im Bereich der laschenartigen Verbindungselemente 10 unlösbar aufgenommen ist.
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In dem durch die Beabstandung der Heizsegmente 3, 4 gebildeten Beabstandungsbereich 19 sind zwei als Steg 20 ausgebildete Verbindungelemente 11 angeordnet. Die Überstände 21 des Trägermaterials 6 ist hier in der zweiten Erstreckungsrichtung 18 ausgebildet, die Knickkanten 22 hingegen erstrecken sich parallel bzw. gleich gerichtet zur Längsrichtung 9.
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Die Einbettung des Heizleiters 7 durch das Trägermaterial 6 ist in 2 gezeigt. Anhand der hier gezeigten Darstellung ist zu erkennen, dass die jeweiligen Überstände 16, 21 unter Ausbildung der doppellagigen Verbindungselemente 10, 11, also der Laschen 13 und der Stege 20 entlang der Knickkanten 17, 22 umgelegt worden sind. Der Heizleiter 7 ist entsprechend in diesen Bereichen von dem Trägermaterial 6 aufgenommen und abgedeckt bzw. umschlossen.
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In den 3 und 4 ist ein Ausschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Flächenheizelementes 31 mit drei Heizsegmenten 2, 3,4 gezeigt. 3 zeigt hierbei analog zu 1 das Flächenheizelement 31 mit noch nicht umgelegtem Überstandsmaterial 16, 21 im Bereich der Verbindungselemente 10, 11.
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Wie auch in 1 sind zwei laschenförmige Verbindungselemente 10 am Außenumfang 12 des in Längsrichtung 9 oben angeordneten Heizsegments 2 des Flächenheizelementes 31 ausgebildet, die sich vom Außenumfang 12 der durch das obere Heizsegment 2 gebildeten Teilfläche 14 entlang der Längsrichtung 9 des Flächenheizelementes 31 bis hin zum Außenumfang 12 der durch das mittige Heizsegment 3 gebildeten Teilfläche 15 erstrecken. Auch sind im Beabstandungsbereich 19 zwei als Stege 20 ausgebildete Verbindungelemente 11 angeordnet.
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Der Unterschied zum Flächenheizelement 1 gemäß 1 liegt hier in der Anordnung der Überstände 16 zur Einbettung des Heizleiters 7 im Bereich der als Laschen 13 ausgebildeten Verbindungselemente 10. Die Überstände 16 erstecken sich vorliegend zwar ebenfalls parallel zur ersten Erstreckungsrichtung, also zur Längsrichtung 9, müssen jedoch zur Einbettung des Heizleiters 7 hierzu umgelegt werden. Die Knick- bzw. Faltkante 32, entlang welcher die Überstände 16 unter Ausbildung des jeweiligen Verbindungselementes 10 umgeklappt werden, erstrecken sich hier (analog zu den Faltkanten 22 der im Bereich der Stege 20 ausgebildeten Überstände 21) parallel zur Längsrichtung 9 des Flächenheizelementes 31. Eine Darstellung des fertiggestellten Flächenheizelementes 31 mit umgelegten Überständen ist 4 zu entnehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010023783 A1 [0005]
- DE 19525443 C2 [0006]
- DE 102007019843 B3 [0007]
