-
Die Erfindung betrifft eine beheizbare Komponente zum Einbau in eine Kraftfahrzeugkabine, wobei die Komponente mit einer Heizeinrichtung versehen ist, die einen auf einer flexiblen, porösen Trägerlage befindlichen, metallischen Heizleiter aufweist, wobei die Trägerlage so mit der Komponente verbunden ist, dass der Heizleiter unterhalb der Außenfläche eines Bezuges der Komponente liegt.
-
Kraftfahrzeugkabinen sind heute zur Erhöhung des Komforts standardmäßig im Innenraum mit beheizbaren Komponenten versehen, mit denen der Fahrer oder Beifahrer in Berührung kommt. Am weitesten verbreitet sind dabei Sitzheizungen, in hochwertigen Ausstattungen kommen jedoch auch beheizbare Lenkräder, Schalthebel, Armlehnen etc. zum Einsatz. Im Folgenden wird beispielhaft auf Sitzheizungen Bezug genommen. Kraftfahrzeugsitze weisen einen eigentlichen Sitzkörper und eine Rückenlehne auf. Diese haben einen Formschaumgrundkörper aus einem Stützrahmen und einen diesen umgebenen Grundkörper aus Polstermaterial. Außen ist der Formschaumgrundkörper mit einem Bezug aus Gewebe oder Leder umgeben. Im Sitzbereich, der mit einem Insassen in Berührung kommt, befindet sich zwischen dem Formschaumgrundkörper und dem Sitzbezug eine Heizeinrichtung. Diese Heizeinrichtung umfasst einen Verbund aus einem flexiblen, porösen Träger (Matte) und einem darauf hin- und hergehend verlaufenden Heizleiter oder mehreren parallel darüber verlaufenden Heizleitern, die mit elektrischen Energiequellen verbindbar sind. Im Betrieb fließt Strom durch den Heizleiter, der dadurch aufgrund seines elektrischen Widerstands erwärmt wird (Widerstandsheizung). Der Heizleiter ist z.B. ein vorgefertigter Leiter aus Metalldraht oder Litze, z.B. Kupfer-, Nickel-, Stahldraht, mit Kupfer ummantelter Stahldraht oder anderer Metalldraht. Der Draht oder die Litze wird dann mit dem Träger, der meist aus Textilmaterial besteht, verbunden, z.B. daran angenäht oder angeklebt. Eine solche Heizmatte wird dann vor Aufbringen des Bezugs auf dem Formschaumgrundkörper befestigt und mit elektrischen Verbindungen versehen. Eine derartige Sitzheizung ist z.B. aus
DE 11 2013 006 422 T5 bekannt.
-
Die Trägerlage für den Heizleiter muss bei derartigen Heizeinrichtungen flexibel sein, da sie unter dem Bezug liegt und daher Bewegungen, wenn Druck auf den Bezug der Komponenten ausgeübt wird, folgen muss. Daher werden für solche Trägerlagen regelmäßig Textil-, Vlies- oder Schaumstoffmaterialien verwendet. Die Befestigung von Heizdrähten auf derartigen Trägerlagen (z.B. durch Aufnähen, Aufkleben etc.) führt oft zu unbefriedigenden Ergebnissen, da durch Nähen die Lage der Heizdrähte auf der Heizmatte nicht genau genug entlang ihrer gesamten Länge festlagbar ist. Aufgeklebte Heizdrähte haben den Nachteil, dass die Heizdrähte zumindest entlang gewisser Längenabschnitte von Klebstoff umhüllt sind und daher in ihrer Effizienz der Wärmeabgabe an die Umgebung eingeschränkt sind.
-
Ein weiterer Nachteil von Heizeinrichtungen beheizbarer Komponenten wie Sitzheizungen dieser Art besteht darin, dass der Heizdraht auf der Trägermatte aufliegt und in gewissem Umfang über sie hinaus vorsteht. Es muss daher darauf geachtet werden, dass der Heizdraht nicht durch den Bezug des Sitzes hindurch für den Insassen spürbar bleibt, wozu unter Umständen eine den Heizdraht abdeckende Unterpolsterungsschicht zwischen der Heizeinrichtung und dem Bezug des Fahrzeugsitzes notwendig ist. Das verschlechtert den Wärmetransport zur Oberfläche des Bezugs und damit die Effizienz der Sitzheizung. Weiterhin kann der Verlauf des Heizleiters auf dem Träger zwar in gewissem Umfang vorgegeben und variiert werden, die örtliche Verteilung der Heizleistung kann aber nicht frei vorgegeben und gewählt werden. Außerdem bestehen, wie schon angedeutet, bei der herkömmlichen Befestigung von vorgefertigten Heizleitern auf Trägermatten Schwierigkeiten, den Verlauf des Heizleiters mit hoher Genauigkeit und hoher Reproduzierbarkeit festzulegen, so dass es bei einer größeren Anzahl von produzierten Heizeinrichtungen zu einer gewissen Variabilität der örtlichen Heizleistungsverteilung über die Heizmatten kommt.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine beheizbare Innenraumkomponente einer Kraftfahrzeugkabine so auszugestalten, dass sie mit hoher Effizienz beheizbar und mit präzise vorgebbarer örtlicher Heizleistungsverteilung über die Oberfläche der Komponente realisierbar ist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine beheizbare Komponente zum Einbau in eine Kraftfahrzeugkabine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Heizleiter eine durch Kalt-Plasmaspritzen von Metallpulver auf die flexible, poröse Trägerlage aufgebrachte und dadurch integral damit verbundene Leiterbahn ist. Der Heizleiter ist daher auf der Trägerlage selbst gebildet und ist durch das Kalt-Plasmaspritzen innig mit dem Trägermaterial verbunden. Als flexible, poröse Trägerlagen kommen insbesondere Matten zum Einsatz, die aus Textil-, Vlies- oder Schaumstoffmaterial besteht. Solche flexiblen Matten werden im vorliegenden Zusammenhang als porös in dem Sinne bezeichnet, dass sie von offene Freiräumen, die sich von der Oberfläche bis ins Innere erstrecken, durchsetzt sind, nämlich zwischen den einzelnen Fasern von Textil- oder Vliesmaterial und den Innenräumen bei offenzelligem Schaumstoff. Das beim Kalt-Plasmaspritzen aufgeschmolzene Metall dringt dann in die Freiräume des porösen Trägermaterials ein, so dass dadurch eine besonders innige Verbindung der Leiterbahn mit der porösen Trägerlage gebildet wird, indem das Material der aufgebrachten Leiterbahn zumindest teilweise in die poröse Trägerlage eingedrungen und dort erkaltet ist, so dass Teile des porösen Trägermaterials in der aufgebrachten Leiterbahn liegen und so eine innige Verbindung und Verankerung der Leiterbahn in der porösen Trägerlage bewirken. Kalt-Plasmaspritzen ermöglicht es, Schichten verschiedener Metalle und verschiedener Metalllegierungen effizient herzustellen. Bei der Technik des Kalt-Plasmaspritzens handelt es sich um eine erst vor kurzem entwickelte Weiterentwicklung des thermischen Plasmaspritzens. Beim thermischen Plasmaspritzen sind in einem Plasmaspritzkopf eine Anode und bis zu drei Kathoden durch einen schmalen Spalt getrennt. Durch Gleichspannung wird zwischen Anode und Kathode ein Lichtbogen erzeugt. Das durch den Plasmaspritzkopf strömende Gas oder Gasgemisch wird durch den Lichtbogen geleitet und dabei ionisiert. Die Ionisation erzeugt ein hoch aufgeheiztes, elektrisch leitendes Gas aus positiven Ionen und Elektronen. In diesen Plasmastrahl wird Pulver (Metallpartikel) durch eine Düse strahlförmig injiziert, wobei die Pulverpartikel durch die hohe Plasmatemperatur aufgeschmolzen werden. Der Plasmastrom reißt die aufgeschmolzenen Pulverpartikel mit und schleudert sie auf das zu beschichtende Trägermaterial. Beim Kalt-Plasmaspritzen wird Pulver mit sehr geringen Partikelgrößen eingesetzt, die Mikropartikel des Pulvers sind meist nicht größer als 20 um, was das Aufschmelzen der Mikropartikel erleichtert. Daher kann der Schmelzprozess bei vergleichsweise geringen Temperaturen ablaufen, was auch eine Beschichtung von hitzeempfindlichen Trägermaterialien wie Vlies oder Textilien, die für die flexiblen Trägerlagen im vorliegenden Zusammenhang typischerweise verwendet werden, ermöglicht. Die in den einzelnen aufgeschmolzenen Mikropartikeln gespeicherte Wärmeenergie ist dabei für jedes einzelne Mikropartikel so gering, dass auch an hitzeempfindlichen Trägermaterialien keine Schäden entstehen.
-
Die durch das Kalt-Plasmaspritzen auf die flexible und poröse Trägerlage aufgebrachte Leiterbahn hat eine besonders enge und innige, und daher feste Verbindung mit dem Trägermaterial, da das Metall im geschmolzenen Zustand auftritt und sich daher teilweise in das Trägermaterial einformt. Bei textilen Materialien oder Vliesmaterialien als Trägerlage dringt das Metall beim Kalt-Plasmaspritzen bis in eine gewisse Tiefe in das Fasermaterial ein, bevor es erstarrt. Damit hat die aufgebrachte Metallschicht eine besonders innige Verbindung mit der Trägerlage hat, die teilweise im unteren Bereich der Metallschicht eingelagert ist.
-
Die Leiterbahnen können ohne weiteres mit einer gewissen Breite, d.h. mit einer wesentlich größeren Breite als der Durchmesser üblicher Heizdrähte, und dabei mit im Vergleich zur Breite geringer Höhe oder Dicke auf dem Trägermaterial gebildet sein. Die kalt-plasmagespritzten Leiterbahnen können automatisiert, z.B. durch einen Plasmaspritzkopf an einem XY-Antrieb, mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit auf Träger aufgebracht werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die durch Kalt-Plasmaspritzen mit der Trägerlage verbundene Leiterbahn aus Kupfer, Nickel, Edelstahl, Silber, einer Kupfer-Zinn-, Kupfer-Silber- oder Kupfer-Magnesium-Legierung gebildet.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die beheizbare Komponente mit einem Bezug versehen. Dann ist die Leiterbahn vor Anbringung des Bezugs an der Komponente durch Kalt-Plasmaspritzen auf der Seite des Bezugs gebildet und damit verbunden, die nach der Anbringung des Bezugs die von der Außenfläche des Bezugs abgewandte Innenseite des Bezugs bildet. In diesem Fall entfällt eine Materialschicht für die Trägerlage, die im Stand der Technik notwendig war, denn die Heizleiterbahn ist mit der Innenseite des Bezugs selbst verbunden der dann gleichzeitig als flexible poröse Trägerlage fungiert. Dies schafft auch eine hohe Effizienz der Heizeinrichtung, da der kalt-plasmagespritzte Heizleiter auf der Innenseite des Bezugs mit diesem eng verbunden ist und effizient Wärme direkt in den Bezug einleiten kann.
-
Alternativ ist bei einer beheizbaren Komponente, die mit einem Bezug versehen ist, die Leiterbahn des Heizleiters auf einer textilen Trägerlage durch Kalt-Plasmaspritzen aufgespritzt und dadurch mit dieser verbunden, wobei die Trägerlage mit dem damit durch Kalt-Plasmaspritzen verbundenen Heizleiter dann so unter dem Bezug platziert ist, dass der Heizleiter dem Bezug zugewandt ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die beheizbare Komponente ein Fahrzeugsitz. In diesem Fall kann der Heizleiter nach der vorhergehenden Ausführungsform direkt auf der Innenseite des Sitzbezuges gebildet und fest damit verbunden sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die beheizbare Komponente ein Fahrzeugsitz, der unter seinem Bezug eine Abstandshalterschicht aus einem Abstandsgewirk über einem Schaumstoffkern aufweist, wobei die Leiterbahn des Heizleiters auf das Abstandsgewirk durch Kalt-Plasmaspritzen aufgespritzt und dadurch damit verbunden ist. In diesem Fall bildet das Abstandsgewirk die flexible, poröse Trägerlage. Abstandshalterschichten werden in Fahrzeugsitzen mit Ventilationseinrichtungen verwendet, in denen Bereiche mit Abstandshalterschicht Fließwege für Ventilationswege für Gebläseluft freihalten.
-
In alternativen Ausführungsformen kann die beheizbare Komponente ein Lenkrad, ein Schalthebel, oder ein Dachhimmel sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine Leiterbahn des Heizleiters so geformt, um als Antenne betreibbar zu sein, um die Anwesenheit einer Person in Kontakt mit der Komponente kapazitiv erfassbar zu machen. In dieser Ausführungsform kann der Heizleiter als Antenne als Anwesenheits- oder Belegungssensor verwendet werden, beispielsweise um festzustellen, ob eine Person auf einem Fahrzeugsitzes sitzt oder nicht; diese Information kann zur Freischaltung bzw. zur Sperrung eines dem Sitz zugeordneten Airbags dienen. Weiterhin kann die Information, ob eine Hand des Fahrers am Lenkrad angreift, für Steuerungszwecke oder Assistenzsysteme verwendet werden. Die kapazitive Erkennung der Anwesenheit einer Person kann durch Überlagerung eines hochfrequenten Wechselstromsignals auf die Spannungsversorgung der Leiterbahn erfolgen.
-
Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung einer beheizbaren Komponente zum Einbau in eine Kraftfahrzeugkabine, wobei die Komponente mit einer Heizeinrichtung mit einem Heizleiter auf einer flexiblen, porösen Trägerlage versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiter auf die flexible, poröse Trägerlage durch Kalt-Plasmaspritzen als Leiterbahn aufgespritzt und dadurch direkt mit der Trägerlage verbunden wird.
-
Ein weiterer Aspekt betrifft die Verwendung einer flexiblen, porösen Trägerlage, auf die als metallischer Heizleiter eine durch Kalt-Plasmaspritzen aufgebrachte und dadurch direkt mit der Trägerlage verbundene Leiterbahn gebildet ist, als Heizeinrichtung für eine beheizbare Komponente zum Einbau in einer Kraftfahrzeugkabine, wobei der Träger mit der darauf kalt-plasmagespritzten Heizleiterbahn unter der äußeren Oberfläche eines Bezuges der Komponente platzierbar ist. Dieser Bezug kann auch die Trägerlage selbst bilden, die dann einen Bezug der Komponente darstellt und die damit durch Kalt-Plasmaspritzen verbundene Leiterbahn an seiner Innenseite trägt.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 eine schematische Ansicht von Komponenten im Innenraum einer Fahrzeugkabine mit markierten Zonen zeigt, in denen Heizeinrichtungen zum Einsatz kommen können,
- 2-5 Ausführungsformen einer Sitzheizung im Querschnitt zeigt, wobei parallele Leiterbahnen der Heizeinrichtung durch die Querschnittsansicht geschnitten sind, und
- 6 schematische Draufsichten auf mehrere Ausführungsformen der Heizeinrichtung mit verschiedenen Mustern von durch Kalt-Plasmaspritzen auf einen Träger aufgebrachten und damit verbundenen Leiterbahnen zeigt.
-
1 zeigt schematische Ansichten von beheizbaren Komponenten im Innenraum einer Fahrzeugkabine. Darunter sind eine Fahrzeugtür mit einer beheizbaren Armlehne, ein beheizbares Lenkrad sowie ein beheizbarer Fahrzeugsitz. In den schematischen Ansichten ist jeweils eine Zone 1 markiert, in der eine Heizeinrichtung eingebaut ist und durch die jeweils ein Querschnitt genommen ist. Diese Querschnitte sind für verschiedene Ausführungsformen in den nachfolgend beschriebenen 2-6 dargestellt, wobei die Querschnitte so genommen sind, dass mehrere nebeneinander liegende Leiterbahnen der Heizeinrichtung davon geschnitten sind (das können parallel geschaltete Leiterbahnen oder Teile einer mäanderförmigen Leiterbahn sein). Bei der folgenden Beschreibung der 2-6 wird dabei als Beispiel für eine Komponente im Innenraum der Fahrzeugkabine ein Fahrzeugsitz angenommen.
-
2 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch einen Fahrzeugsitz im Bereich der Sitzheizung. Der Fahrzeugsitz weist einen Schaumstoffgrundkörper 2 auf. Darüber befindet sich eine Heizeinrichtung mit einer flexiblen, porösen Trägerlage 6 und darauf durch Kalt-Plasmaspritzen aufgebrachten und mit der Trägerlage fest verbundenen Leiterbahnen 8. Die z.B. aus Textilmaterial bestehende flexible Trägerlage 6 ist mit einem darüber liegenden Sitzbezug 20 fest verbunden, was durch Nähen oder Kleben bewirkt sein kann. Auf diese Weise wirken die breiten Leiterbahnen 8 direkt auf den Sitzbezug 20 zur Wärmeeinleitung ein, was die so gestaltete Sitzheizung besonders effektiv macht. Zwischen dem Träger 6 und dem Schaumstoffgrundkörper 2 ist in der Darstellung eine kleine Lücke gezeigt. Tatsächlich liegt der Träger 6 aber locker auf dem Schaumstoffgrundkörper auf. Die dargestellte Lücke soll lediglich andeuten, dass zwischen der Trägerlage 6 und dem Schaumstoffgrundkörper 2 keine Verbindung besteht. Auch in den folgenden Querschnitten in den 3-6 sollen Lücken zwischen zwei benachbarten Lagen andeuten, dass die an die Lücke anschließenden Lagen nicht miteinander verbunden sind.
-
In dem in 3 dargestellten Querschnitt durch einen Bereich der Sitzheizung liegt über dem Schaumstoffgrundkörper 2 der Sitzbezug 20. In diesem Fall sind die Leiterbahnen 8 durch Kalt-Plasmaspritzen direkt auf die Innenseite des Bezugs 20 aufgebracht und damit fest verbunden. Die Lücke zwischen dem Bezug 20 mit den Leiterbahnen 8 und dem Schaumstoffgrundkörper 2 soll wiederum zeigen, dass zwischen Bezug und Schaumstoffgrundkörper 2 keine feste Verbindung besteht. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich eine besonders effektive Sitzheizung, da die breiten Leiterbahnen 8 durch die Verbindung mit dem Bezugsmaterial 20 durch Kalt-Plasmaspritzen eine besonders innige Verbindung mit dem Bezug 20 haben und so besonders effektiv Wärme in den Bezug 20 einleiten können. In diesem Fall bildet der Bezug selbst die Trägerlage.
-
Die in 4 im Querschnitt dargestellte Ausführungsform zeigt eine Variante der Ausführungsform nach 2. Auch in diesem Fall ist eine flexible, poröse Trägerlage 6 mit damit durch Kalt-Plasmaspritzen fest verbundenen Leiterbahnen 8 vorhanden. Dieser Verbund von Trägerlage 6 und Leiterbahnen 8 ist in dem Ausführungsbeispiel nach 4 jedoch nicht mit dem Sitzbezug 20 verbunden, was durch die dazwischen liegende Lücke angedeutet ist, sondern ist fest mit dem Schaumstoffgrundkörper 2 verbunden. Die flexible Trägerlage 6 könnte in diesem Fall auch ein Abstandsgewirke sein, dass Belüftungskanäle eines Ventilationssystems in dem Fahrzeug Sitz freihalten soll und auf dem die Leiterbahnen 8 direkt aufgebracht sein können.
-
In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist kein separater Träger für die Leiterbahnen vorhanden, sondern sind diese durch Kalt-Plasmaspritzen direkt auf die Oberfläche des Schaumstoffgrundkörpers 2 aufgebracht und damit fest verbunden, so dass der Schaumstoffgrundkörper 2 die flexible, poröse Trägerlage bildet. Der Sitzbezug 20 ist nicht fest mit dem Schaumstoffgrundkörper 2 verbunden, was wiederum durch die Lücke dazwischen angedeutet sein soll.
-
6 zeigt schematische Draufsicht auf mehrere Ausführungsformen von Heizeinrichtungen, die einen Heizleiter in Form von durch Kalt-Plasmaspritzen aufgebrachten und fest mit der Trägerlage 6 verbundenen Leiterbahnen 8 haben. Im einfachsten Fall ist eine im wesentlichen U-förmige Leiterbahnenschleife 8 mit Elektrodenflächen an den Enden der Schenkel vorgesehen, die mit Leitungen zur Zufuhr von elektrischer Energie verbunden sind. Die Leiterbahn kann zusätzlich zu ihrem im wesentlichen U-förmigen Verlauf einen überlagerten mäanderförmigen Verlauf haben, um die Heizleistung pro Flächeneinheit zu erhöhen.
-
Die Form der Leiterbahnen 8 kann durch Steuerung eines XY-Antriebs, der den Kalt-Plasmaspritzkopf beim Aufbringen der Leiterbahnen 8 auf der Trägerlage 6 trägt, in beliebiger Weise einfach vorgegeben werden. Beispielsweise kann eine weitere Heizleiterschleife 8 im Innenraum der ursprünglichen Heizleiterschleife vorgesehen werden und diese in verschiedener Weise mit Elektroden versehen sein, die sie unabhängig von oder gleichzeitig mit der anderen Leiterschleife mit elektrischer Energie versorgbar machen. Es ist auch ohne weiteres möglich, eine Vielzahl von Leiterschleifen durch gezielte Ansteuerung des Antriebs des Plasmaspritzkopfes beim Verfahren über den Träger aufzubringen. Auf diese Weise kann die Heizleistungsverteilung mit beliebig feiner Auflösung definiert werden; andererseits kann bei einer größeren Anzahl von individuellen Leiterschleifen die Heizleistung der einzelnen Heizschleifen reduziert werden, was vorteilhaft ist im Falle einer lokalen Beschädigung einer einzelnen Heizschleife, deren Ausfall dann auf die Heizleistungsverteilung insgesamt nur einen geringen Einfluss hat.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 112013006422 T5 [0002]
