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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abstandstextil, insbesondere ein Abstandsgewirke, mit zwei üblicherweise im Wesentlichen flächigen Textillagen und mit die Textillagen verbindenden Abstandsfäden, wobei zumindest ein erster Teil der Abstandsfäden und optional auch sämtliche Abstandsfäden einen von einem Garn gebildeten Kern und eine spiralförmige Umwicklung aufweisen.
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Abstandstextilien und insbesondere Abstandsgewirke zeichnen sich durch einen leichten, luftdurchlässigen Aufbau aus, wobei Abstandstextilien durch die zwischen den beiden Textillagen verlaufenden Abstandsfäden in Richtung ihrer Dicke in der Regel eine Elastizität aufweisen. Aufgrund dieser Eigenschaften werden Abstandsgewirke häufig als weiche, elastische und eine Luftzirkulation ermöglichende Schicht bei Matratzen, Polstermöbeln, Bekleidungsstücken oder Schuhen vorgesehen. Ein herkömmliches Abstandsgewirke ist aus der
DE 90 16 062 U1 bekannt.
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Neben solchen klassischen Anwendungen im Consumer-Bereich werden Abstandstextilien und insbesondere Abstandsgewirke häufig auch als technische Textilien für hochspezialisierte Anwendungsfälle eingesetzt. So werden Abstandsgewirke auch im Automobilbereich, beispielsweise für Klimasitze unter den Sitzbezügen eingesetzt, wobei Abstandsgewirke aufgrund ihrer Polstereigenschaften und des sehr guten Rückstellverhaltens trotz des insgesamt geringen Flächengewichtes eine gute Konturanpassung ermöglichen. Abstandsgewirke werden auch für die Innenverkleidung von Fahrzeugen eingesetzt, wobei sogar durch die Einbringung lokaler Schwachstellen der Einsatz über Airbags möglich ist. Die Anwendungsmöglichkeiten von Abstandsgewirken sind aber nicht auf die Gebiete einer Belüftung und/oder elastischen Abstützung beschränkt. So ist es beispielsweise aus der
WO 2012/139142 A1 bekannt, Abstandsgewirke bei Bahnschwellen zur Verbindung eines Betonkörpers mit einer Schwellensohle einzusetzen, wobei das Abstandsgewirke bei der Herstellung des Schwellenkörpers zum Teil in den Betonkörper sowie in die Schwellensohle eingebettet wird und damit eine besonders zuverlässige, dauerhafte Verbindung dieser beiden Elemente ermöglicht.
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Ein weiterer bekannter Anwendungsfall ist die Bereitstellung einer Heiz- oder Sensorfunktion, wozu Drähte und insbesondere Litze in die textile Struktur eingearbeitet werden. Entsprechende Ausgestaltungen sind aus der
DE 19 903 070 A1 ,
DE 10 2008 034 937 A1 und
DE 10 2009 013 250 B3 bekannt.
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Gemäß der
DE 10 2015 114 778 A1 wird zu Heizzwecken ein Abstandsgewirke vorgeschlagen, bei dem leitfähige Fäden einer flächigen Gewirkelage aus einem mit einer leitfähigen Beschichtung versehenen Kunststoff-Multifilamentgarn gebildet sind. Das Multifilamentgarn hat den Vorteil, dass es trotz der leitfähigen und insbesondere metallischen Beschichtung der einzelnen Filamente noch relativ gut beweglich ist und somit eine Verarbeitung in einem Wirkprozess möglich ist. Die leitenden Fäden sind in einer der beiden flächigen Gewirkelage angeordnet, welche üblicherweise einem Benutzer zugewandt ist.
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Eine weitere hochspezialisierte Anwendung eines Abstandsgewirkes ist aus der
WO 2008/148126 A2 bekannt, welche auch ein Abstandstextil mit den eingangs beschriebenen Merkmalen offenbart. Es wird ein Abstandstextil mit zwei Textillagen und die Textillagen verbindenden Abstandsfäden beschrieben, wobei die Abstandsfäden einen von einem Garn gebildeten Kern und eine wendelförmige Umwicklung um den Kern aufweisen. Das Abstandsgewirke ist zu einem gewissen Maße feuerresistent. Diese Eigenschaft wird in besonderem Maße dadurch erreicht, dass der Kern von der Umwicklung eingeschlossen und geschützt ist, wozu die Umwicklung aus einem hinreichend isolierenden Material gebildet und kompakt aufgewickelt ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsatzmöglichkeiten von Abstandstextilien zu erweitern und ein Abstandsgewirke mit einer neuen Funktionalität anzugeben. Gegenstand der Erfindung ist auch eine bevorzugte Verwendung eines solchen Abstandstextils.
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Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe sind ein Abstandstextil gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Verwendung eines solchen Abstandstextils gemäß Patentanspruch 14.
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Ausgehend von einem gattungsgemäßen Abstandstextil ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Umwicklung aus Metall gebildet ist oder zumindest eine metallische Schicht aufweist.
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Im Rahmen der Erfindung ist also bei zumindest dem ersten Teil der Abstandsfäden jeweils eine Umwicklung vorgesehen, welche aus Metall gebildet ist oder zumindest eine metallische Schicht aufweist. Es wird somit ein Abstandstextil bereitgestellt, welches zwischen den beiden Textillagen, also in Dickenrichtung elektrisch und thermisch leitfähig ist. Die Abstandsfäden sind dabei jedoch nicht mit einer durchgehenden Ummantelung versehen, welche zu einer deutlichen Versteifung führen würde. Insbesondere kann die Umwicklung auch so gewählt werden, dass die Abstandsfäden bei dem Herstellungsprozess noch gut verarbeitet werden können, was bei vollständig metallischen Drähten oder auch Litzen nicht ohne weiteres gegeben ist.
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Der Kern der Abstandsfäden ist von einem Garn gebildet. Der Begriff Garn bezieht sich in diesem Zusammenhang gemäß seiner allgemeinen Bedeutung auf Monofilamente, Multifilamente oder Zwirne.
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Besonders bevorzugt wird der Kern jedoch von einem Multifilamentgarn gebildet, welches im Vergleich zu einem Monofilamentgarn mit gleicher Feinheit deutlich weicher und beweglicher ist. Obwohl die metallische oder Metall aufweisende Umwicklung keine geschlossene Oberfläche bildet und beweglich ist, führt das metallische Material doch zu einer Versteifung. Gerade in diesem Zusammenhang kann es von Vorteil sein, wenn der Kern von einem Multifilamentgarn gebildet ist, auch wenn in Bezug auf eine Stauchhärte im Vergleich zu einem Monofilamentgarn schlechtere Rückstelleigenschaften resultieren.
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Um die Beweglichkeit der mit der Umwicklung versehenen Abstandsfäden nicht zu stark zu beeinträchtigen und darüber hinaus gute Funktionseigenschaften zu erreichen, ist die Umwicklung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bandförmig ausgestaltet und weist eine Breite und eine Dicke auf, wobei das Verhältnis der Breite zu der Dicke zumindest 5:1 beträgt.
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Um ein solches bandförmiges Material zu bilden, sind grundsätzlich mehrere Ausgestaltungen denkbar. Die Umwicklung kann beispielsweise in Form von Streifen von einer dünnen Folie oder einem anderen Bandmaterial abgetrennt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird jedoch ein Draht bereitgestellt, der flachgedrückt und somit zu der bandförmigen Struktur umgeformt wird. Eine solche Umformung eines üblicherweise zunächst runden Drahtes wird auch als Plätten bezeichnet.
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Im Hinblick auf eine gute und/oder elektrische Leitfähigkeit kann gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung die Umwicklung aus Kupfer bestehen oder eine Schicht aus Kupfer aufweisen. Gerade unter Berücksichtigung der Materialkosten ist Kupfer edleren Metallen wie Gold oder Silber vorzuziehen, wobei aber grundsätzlich auch diese Materialien und andere Metalle im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden können.
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Um bei einer im Wesentlichen aus Kupfer bestehenden Umwicklung einen langfristigen Schutz zu erreichen, kann eine Deckschicht aus Zinn vorgesehen sein, welche einerseits als Korrosionsschutz dient und andererseits die thermische und/oder elektrische Leitfähigkeit nicht beeinträchtigt. Insbesondere ist es auch möglich, verzinnten Kupferdraht wie zuvor beschrieben zu plätten und somit zu einem bandförmigen Material umzuformen, ohne dass dabei die Beschichtung entfernt oder beschädigt wird.
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Wie bereits zuvor erläutert, behalten die mit der Umwicklung versehenen Abstandsfäden ein großes Maß an Beweglichkeit, weil die aufeinanderfolgenden wendelförmigen Wicklungen noch gegeneinander bewegt und insbesondere abgewinkelt werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Umwicklung den Kern an seiner Mantelfläche zu einem Anteil zwischen 30 % und 95 %, insbesondere zwischen 40 % und 80 % abdeckt. Durch diesen Bedeckungsgrad wird einerseits eine gute Beweglichkeit und andererseits auch eine ausreichende Leitfähigkeit im Hinblick auf Wärme und/oder Temperatur bereitgestellt.
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Dabei wird angenommen, dass bei der üblichen Ausgestaltung des Kerns aus einem polymeren Garn nicht nur die elektrische Leitung sondern auch die Wärmeleitung im Wesentlichen über die metallische oder zumindest eine metallische Schicht aufweisende Umwicklung erfolgt.
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Dabei ist auch zu beachten, dass durch den wendelförmigen Verlauf der Umwicklung die für eine elektrische Leitung und Wärmeleitung zu berücksichtigende effektive Länge deutlich größer ist als die Länge des Abstandsfadens selbst. Bei einer üblichen Breite und Bedeckung der Umwicklung ist die Länge der Umwicklung im abgewickelten Zustand zwischen 1,5 und 4 bevorzugt zwischen 2 und 2,5 mal größer als die Länge des umwickelten Kerns selbst. Überraschenderweise zeichnet sich das Abstandstextil, welches vorzugsweise als Abstandsgewirke ausgebildet ist, durch eine sehr gute Leitfähigkeit im Hinblick auf Elektrizität und Wärme aus.
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Die Gesamtdicke des Abstandstextils kann beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 10 mm betragen. Der vorzugsweise von Multifilamentgarn gebildete Kern weist bevorzugt eine Feinheit zwischen 50 dtex und 150 dtex auf.
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Wie bereits zuvor erläutert, weist die Umwicklung vorzugsweise eine bandförmige Ausgestaltung auf, um mit einer möglichst geringen Dicke wendelförmig um den Kern gewickelt werden zu können. Um einerseits eine ausreichende Stabilität und andererseits eine gute Verarbeitbarkeit zu gewährleisten sowie die gewünschten leitfähigen Eigenschaft bereitzustellen, weist die Umwicklung bevorzugt eine Querschnittsfläche zwischen 200 µm2 und 10.000 µm2, besonders bevorzugt zwischen 600 µm2 und 4.000 µm2 auf.
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Die beiden flächigen Textillagen sind in ihrer konkreten Ausgestaltung nicht eingeschränkt. Vorzugsweise sind die flächigen Textillagen aus polymeren Garnen gebildet, wobei die flächigen Textillagen bevorzugt auch frei von Metall und somit elektrisch nicht leitend und thermisch gut isolierend sind.
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Bei einer Ausgestaltung als Abstandsgewirke kommen verschiedene Legemuster in Betracht, wobei für die Textillagen auch Öffnungen vorgesehen sein können, welche jeweils von mehreren Maschen gebildet sind.
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Gerade wenn die Textillagen gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung von nicht leitenden Garnen gebildet sind, kann es von Vorteil sein, wenn die Abstandsfäden so in die Textillagen eingebunden sind, dass diese an den außenliegenden Oberflächen des Abstandstextils freiliegen oder sogar vorstehen. Dabei kann auch auf vorteilhafte Weise genutzt werden, dass die Umwicklung der Abstandsfäden zu einer gewissen Versteifung führt, so dass diese bei der Maschenbildung weniger stark abgewinkelt werden. Insbesondere können die mit der Umwicklung versehenen Abstandsfäden im Rahmen der Erfindung durch eine geeignete Auswahl des Kerns einerseits und der Umwicklung andererseits genauso eingestellt werden, dass die Abstandsfäden noch gut verarbeitet werden können, aber gleichzeitig auch eine gewisse Festigkeit und Steifigkeit aufweisen.
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Im Rahmen der Erfindung können sämtliche Abstandsfäden in der beschriebenen Weise mit der Umwicklung versehen sein.
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Gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein erster Teil der Abstandsfäden vorgesehen, bei welchen die Kerne wendelförmig umwickelt sind, während ein zweiter Teil der Abstandsfäden ohne Umwicklung bereitgestellt wird.
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Der Anteil der unterschiedlichen Abstandsfäden beträgt typischerweise jeweils zwischen 10 % und 90 %, bevorzugt zwischen 30 % und 70 %. Der zweite Teil der Abstandsfäden ist besonders bevorzugt von Monofilamentgarn gebildet, um dem Material gute elastische Eigenschaften und eine gute Stauchhärte zu verleihen. Im Rahmen einer solchen Ausgestaltung erfolgt dann eine funktionelle Aufteilung zwischen dem ersten Teil der Abstandsfäden und dem zweiten Teil der Abstandsfäden.
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Um die mit der Umwicklung versehenen Abstandsfäden in einem gewissen Maße zu stabilisieren, können die Abstandsfäden nach ihrer Umwicklung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung verformt sein. Wie bei dem Plätten eines Drahtes zur Bildung der Umwicklung können die mit der Umwicklung versehenen Garne vor der Verarbeitung, also insbesondere einem Wirkprozess, zwischen Walzen flachgedrückt werden, wobei dann den Abstandsfäden eine in etwa ovale Form gegeben wird. Durch eine solche ovale, flachgedrückte Form wird einerseits die Struktur der Abstandsfäden stabilisiert und andererseits die Beweglichkeit in dem gebildeten Abstandstextil reduziert. Insbesondere kann vermieden werden, dass sich die Abstandsfäden verdrehen oder dass sich die Umwicklung gegenüber dem Kern verdreht.
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Das erfindungsgemäße Abstandstextil kann auf besonders vorteilhafte Weise als Wärmeleitungsschicht vorgesehen sein, so dass die bevorzugte Verwendung gemäß Patentanspruch 14 eine entsprechende Verwendung betrifft.
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Bei dem Einsatz als Wärmeleitungsschicht können verschiedene Aspekte von Bedeutung sein.
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Das Abstandsgewirke zeichnet sich durch eine besonders leichte Struktur aus, wobei jedoch in Dickenrichtung eine gute Wärmeübertragung ermöglicht wird. Dabei ist auch von besonderem Vorteil, dass das Abstandstextil in Dickenrichtung elastisch ist. Beispielsweise kann das Abstandstextil auch in Spalten und Ritzen eingesetzt werden, um dort eine Wärmeübertragung zu ermöglichen.
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Eine solche Anordnung ist gerade dann von Vorteil, wenn elektrische Komponenten in einem Gehäuse gekühlt werden sollen. Wenn beispielsweise Akkumulatoren, Motoren und andere elektrische Komponenten mit einem ohmschen Widerstand in einem Gehäuse platziert werden, kann in solchen Einbausituationen das Abstandstextil zur Wärmeübertragung genutzt werden. Optional kann an den Textillagen ein Klebstoff, eine Paste oder dergleichen zur besseren Fixierung und/oder Kontaktierung eingesetzt werden, wobei auch dann durch die Abstandsfäden ein Dickenausgleich bzw. eine Dickenanpassung möglich ist. Unterschiedliche Spaltmaße aufgrund von Produktionsschwankungen können von dem Abstandsgewirke auf besonders vorteilhafte Weise ausgeglichen werden, wobei aufgrund des geringen Flächengewichtes im Vergleich zu bekannten Ausgestaltungen häufig auch eine Gewichtsersparnis realisiert werden kann. Gerade für die beschriebenen Anwendungszwecke ist die Wärmeleitung trotz der insgesamt luftigen Struktur ausreichend.
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Schließlich sind auch Anwendungen denkbar, bei denen durch eine Belüftung des Abstandstextils die Kühlung noch weiter verbessert wird, so dass dann zusätzlich zu der Wärmeleitung über die Dicke auch eine Kühlung durch Konvektionen bzw. einen Kühlluftstrom erfolgt.
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Eine konkrete Anwendung, bei der die zuvor beschriebenen Vorteile besonders zutage treten, ist die Anordnung einer elektrischen Komponente in einem Gehäuse, wobei dann montagebedingt kleine Spalte verbleiben können. Bei der elektrischen Komponente kann es sich beispielsweise um einen Motor, ein Akkumulatormodul, einen Wechselrichter oder dergleichen handeln. In diesem Zusammenhang ist auch zu beachten, dass gerade im Hinblick auf die Speicherung von elektrischem Strom für mobile Anwendungen wie elektrische Fahrzeuge oder im Zusammenhang mit Fotovoltaik-Anlagen ein steigender Bedarf an entsprechenden elektrischen Komponenten besteht, wobei gerade für den mobilen Einsatz auch eine Gewichtsminimierung gewünscht ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Abstandstextil in Form eines Abstandsgewirke,
- 2 eine Detailansicht des Abstandstextil gemäß der 1
- 3 ein aus einem Garn und einer Umwicklung gebildete Abstandsfaden des Abstandsgewirkes gemäß der 1,
- 4a bis 4c Verfahrensschritte zur Bildung des Abstandsfadens,
- 5 die Anordnung eines Akkumulatormoduls in einem Gehäuse in einer schematischen Darstellung.
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Die 1 zeigt ein Abstandstextil in Form eines Abstandsgewirkes mit zwei Textillagen 1 und mit die Textillagen 1 verbindenden Abstandsfäden 2a, 2b. Bereits aus der 1 und insbesondere der Detailansicht der 2 ist ersichtlich, dass die Abstandsfäden 2a, 2b unterschiedlich ausgestaltet sind. Ein erster Teil der Abstandsfäden 2a weist einen von einem Garn gebildeten Kern 3 und um den Kern 3 eine wendelförmige Umwicklung 4 auf. Die Umwicklung 4 ist aus Metall gebildet oder weist zumindest eine metallische Schicht auf.
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Bereits aus der Detailansicht der 2 ist ersichtlich, dass durch die metallische Umwicklung 4 in Dickenrichtung eine gute Wärmeleitung und - wenn gewünscht - auch eine gute elektrische Leitung möglich ist, während der zweite Teil der Abstandsfäden 2b aus polymeren Monofilamenten gebildet ist.
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Die unterschiedlichen Abstandsfäden 2a und 2b weisen zwischen den beiden Textillagen 1 einen ähnlichen Verlauf und auch eine ähnliche Dicke auf. Während der erste Teil der Abstandsfäden 2a eine gute Leitung von Wärme und Strom ermöglicht, kann durch die zweiten Abstandsfäden 2b die für ein Abstandstextil und insbesondere ein Abstandsgewirke typische Stauchhärte und elastische Rückstellung nach einer Kompressionen erreicht werden.
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Die genaue Ausgestaltung der mit der Ummantelung 4 versehenen Abstandsfäden 2a ist aus der Schnittdarstellung der 3 zu entnehmen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Kern 3 aus einem Multifilamentgarn mit einer Feinheit von beispielsweise 76 dtex. Als Material ist in besonderem Maße Polyethylenterephthalat geeignet, wobei aber auch andere typische Materialien wie verschiedene Polyolefine, Polyamid und dergleichen in Betracht kommen.
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Aus der 3 ist ersichtlich, dass die Umwicklung 4 eine bandförmige Ausgestaltung mit einer Breite b und einer Dicke d aufweist, wobei das Verhältnis der Breite b zu der Dicke d zumindest 5:1 beträgt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Umwicklung 4 aus verzinntem Kupfer, wobei zur Bildung der bandförmigen Ausgestaltung ein zunächst kreisrunder verzinnter Kupferdraht geplättet werden kann. Ein solcher Verfahrensschritt ist in der 4a exemplarisch dargestellt.
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Aus den 2 und 3 ist des weiteren ersichtlich, dass zwischen den aufeinanderfolgenden Windungen der Umwicklung 4 ein Abstand verbleibt, wobei der Kern zu einem Anteil zwischen 30 % und 95 % abgedeckt ist.
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Die wendelförmige Umwicklung 4 führt auch dazu, dass die für eine Wärmeleitung oder elektrische Leitung effektive Länge der Umwicklung 4 größer ist als die Länge des Kerns. Im abgewickelten Zustand weist die Umwicklung 4 typischerweise eine 2 bis 2,5 mal größere Länge im Vergleich zu den Kernen 3 auf.
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Trotz dieses erhöhten Weges wird insgesamt eine sehr gute Leitung von Wärme beobachtet.
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Die Umwicklung kann beispielsweise eine Querschnittsfläche zwischen 200 µm2 und 10.000 µm2 insbesondere zwischen 600 µm2 und 4.000 µm2 aufweisen. Das in dem Ausführungsbeispiel vorgesehene Multifilamentgarn als Kern 3 kann beispielsweise 24 oder 36 Filamente aufweisen.
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In der 4b ist angedeutet, wie der Kern 3 aus Multifilamentgarn mit der Umwicklung 4 versehen werden kann. Schließlich zeigt die 4c, dass auch das Material für die Abstandsfäden 2a vor dem Wirkprozess in einem gewissen Maße flachgedrückt werden kann, um eine Stabilisierung zu bewirken.
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Das erfindungsgemäße Abstandstextil ist auf besonders vorteilhafte Weise als Wärmeleitungsschicht vorgesehen, wobei optional auch eine Belüftung erfolgen kann. In diesem Zusammenhang zeigt die 5 in einer stark schematisierten Darstellung die Anordnung eines Akkumulatormoduls 5 in einem Gehäuse 6, wobei das Abstandstextil eine Zwischenschicht 7 bildet. Insbesondere kann durch dieses Abstandstextil als Zwischenschicht 7 ein verbleibender Spalt zwischen dem Akkumulatormodul 5 und dem Gehäuse 6 ausgeglichen werden. Dabei ist auch zu beachten, dass das tatsächlich zu überbrückende Spaltmaß aufgrund von Herstellungsschwankungen stark variieren kann. Gerade in diesem Zusammenhang ergibt sich erfindungsgemäß der Vorteil, dass das Abstandstextil bei der Verwendung als Wärmeleitungsschicht komprimiert werden kann und sich auch in einem gewissen Maße elastisch zurückstellt. Ein solcher Ausgleich ist mit einer Wärmeleitpaste oder anderen kompakten Medien nicht möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 9016062 U1 [0002]
- WO 2012/139142 A1 [0003]
- DE 19903070 A1 [0004]
- DE 102008034937 A1 [0004]
- DE 102009013250 B3 [0004]
- DE 102015114778 A1 [0005]
- WO 2008/148126 A2 [0006]
