DE102018123906A1 - Heating element with a tissue electrode - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement (1) mit einer ersten Gewebeelektrode (12) und einer zweiten Gewebeelektrode (14) und einem zwischen der ersten Gewebeelektrode (12) und der zweiten Gewebeelektrode (14) angeordneten Heizwiderstandselement (16).The invention relates to a heating element (1) with a first tissue electrode (12) and a second tissue electrode (14) and a heating resistance element (16) arranged between the first tissue electrode (12) and the second tissue electrode (14).
Description
Technisches GebietTechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizelement mit einer Gewebeelektrode und ein Heizsystem beispielsweise zur Verwendung bei der Beheizung von Elementen in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise zur Verwendung in einer Sitzheizung oder einem beheizten Lenkrad.The present invention relates to a heating element with a tissue electrode and a heating system, for example for use in the heating of elements in motor vehicles, for example for use in a seat heater or a heated steering wheel.
Stand der TechnikState of the art
Heizelemente sind heute ein wichtiger Bestandteil in Bauteilen, um diese zu temperieren oder vor Frost zu schützen. Heizelemente können auch zum Heizen der Umgebung verwendet werden. Für bestimmte Einsatzzwecke werden Heizelemente benötigt, die eine effiziente Wärmeübertragung aufweisen und sich dabei auch möglichst einfach und flexibel in zu beheizende Elemente der jeweiligen Geräte einbauen lassen.Heating elements are an important component in components today to temper them or to protect them from frost. Heating elements can also be used to heat the environment. For certain applications, heating elements are required that have efficient heat transfer and can also be installed as simply and flexibly as possible in the elements of the respective devices to be heated.
Dabei werden beispielsweise Heizelemente mit Heizwiderstandselementen verwendet, wobei die Heizwiderstandselemente mittels Blechelektroden kontaktiert werden. Solche Verbindungen zeigen jedoch keine zufriedenstellenden formschlüssigen Verbindungen, weisen nicht die gewünschte Flexibilität auf und sind hinsichtlich des Gewichts nicht optimal.For example, heating elements with heating resistance elements are used, the heating resistance elements being contacted by means of sheet metal electrodes. However, such connections do not show satisfactory positive connections, do not have the desired flexibility and are not optimal in terms of weight.
Die
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe, ein effizientes Heizelement bereitzustellen.Starting from the known prior art, it is an object to provide an efficient heating element.
Die Aufgabe wird durch ein Heizelement mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by a heating element with the features of
Entsprechend wird ein Heizelement vorgeschlagen, umfassend eine erste Gewebeelektrode und eine zweite Gewebeelektrode und ein zwischen der ersten Gewebeelektrode und der zweiten Gewebeelektrode angeordnetes Heizwiderstandselement.Accordingly, a heating element is proposed, comprising a first tissue electrode and a second tissue electrode and a heating resistance element arranged between the first tissue electrode and the second tissue electrode.
Durch die Ausführung des Heizelements mit einer ersten und einer zweiten Gewebeelektrode, zwischen denen ein Heizwiderstandselement angeordnet ist, kann ein besonders effizientes und flexibel einsetzbares Heizelement bereitgestellt werden, das sich in unterschiedlichen Anwendungsbereichen einsetzen lässt.By designing the heating element with a first and a second tissue electrode, between which a heating resistance element is arranged, a particularly efficient and flexible heating element can be provided that can be used in different areas of application.
Beispielsweise kann das Heizelement zum Beheizen von Fahrzeugsitzen oder Lenkrädern eingesetzt werden. Das Heizelement kann auch zur Beheizung einer Antriebsbatterie eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.For example, the heating element can be used to heat vehicle seats or steering wheels. The heating element can also be used to heat a drive battery of a motor vehicle.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die erste Gewebeelektrode an einer Unterseite des Heizwiderstandelements und/oder die zweite Gewebeelektrode an einer Oberseite des Heizwiderstandelements angeordnet. Dabei kann die Oberseite auch als erste Oberfläche und die Unterseite auch als zweite Oberfläche des, insbesondere quaderförmigen, Heizelements bezeichnet werden. Die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche bilden dabei vorzugsweise die flächenmäßig größeren Außenflächen des, vorzugsweise quaderförmigen, Heizelements ab. Die erste und die zweite Oberfläche sind dabei parallel zueinander. Das Heizelement ist somit zwischen der ersten und der zweiten Gewebeelektrode in einem schichtartigen Aufbau angeordnet, um das Heizelement von der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche zu beheizen.According to a preferred embodiment, the first tissue electrode is arranged on an underside of the heating resistor element and / or the second tissue electrode is arranged on an upper side of the heating resistor element. The top can also be referred to as the first surface and the bottom as the second surface of the, in particular cuboid, heating element. The first surface and the second surface preferably represent the larger surface areas of the, preferably cuboid, heating element. The first and the second surface are parallel to each other. The heating element is thus arranged between the first and the second tissue electrode in a layer-like structure in order to heat the heating element from the first surface and the second surface.
Die erste Gewebeelektrode und/oder die zweite Gewebeelektrode können in dem Heizwiderstandselement eingebettet sein. In einem Beispiel sind die erste und die zweite Gewebeelektrode jeweils in die Oberfläche der Oberseite und Unterseite des Heizwiderstandselements eingebettet.The first tissue electrode and / or the second tissue electrode can be embedded in the heating resistance element. In one example, the first and second tissue electrodes are each embedded in the surface of the top and bottom of the heating resistor element.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Gewebeelektrode und/oder die zweite Gewebeelektrode jeweils mindestens einen leitfähigen Faden und jeweils mindestens einen orthogonal dazu angeordneten, nicht leitfähigen Faden auf, wobei bevorzugt eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten leitfähigen Fäden und eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten nicht leitfähigen Fäden vorgesehen sind.According to a preferred embodiment, the first tissue electrode and / or the second tissue electrode each have at least one conductive thread and at least one non-conductive thread arranged orthogonally thereto, preferably a plurality of conductive threads arranged parallel to one another and a plurality of non-parallel ones arranged conductive threads are provided.
Die Abstände zwischen der Mehrzahl der parallel zueinander angeordneten Fäden können variierbar sein. Auf diese Weise können die Gewebeelektroden hinsichtlich Steifigkeit und Wärmeerzeugung eingestellt werden, d.h. je kleiner die Abstände zwischen den Fäden sind, desto steifer wird die Gewebeelektrode und desto höher ist der Stromeintrag pro Fläche in das Heizwiderstandselement.The distances between the plurality of threads arranged parallel to one another can be variable. In this way, the tissue electrodes can be adjusted for stiffness and heat generation, i.e. the smaller the distances between the threads, the stiffer the tissue electrode and the higher the current input per area into the heating resistor element.
Umgekehrt wird die Gewebeelektrode flexibler, je größer die Abstände zwischen den Fäden sind. Die auf diese Weise erzeugte Flexibilität oder eben Steifigkeit kann einen Einfluss auf die Steifigkeit des gesamten Heizelements haben.Conversely, the larger the distance between the threads, the more flexible the electrode becomes are. The flexibility or rigidity created in this way can have an impact on the rigidity of the entire heating element.
Die Gewebeelektrode kann auch als Gestrick, Gewirk, Vlies, Gelege oder ähnliche Variante eines Flächengebildes aus Fäden ausgebildet sein. Im Folgenden und bisher wird der Begriff Gewebeelektrode stellvertretend für alle Varianten von Elektroden aus Flächengebilden aus Fäden verwendet.The fabric electrode can also be designed as a knitted fabric, knitted fabric, fleece, scrim or similar variant of a fabric made of threads. In the following and so far, the term tissue electrode is used to represent all variants of electrodes made of flat structures made of threads.
Weiterhin wird eine zu beheizende Fläche des Heizwiderstandselements durch eine dichte Belegung von leitenden Fäden stärker beziehungsweise homogener von Strom durchflossen, so dass eine stärkere beziehungsweise homogenere Beheizung erreicht werden kann. Bei einer weiter voneinander beabstandeten Belegung der leitfähigen Fäden hingegen wird eine weniger homogene Beheizung erreicht.Furthermore, a surface of the heating resistor element to be heated is flowed through more or more homogeneously by current due to a dense covering of conductive threads, so that stronger or more homogeneous heating can be achieved. In contrast, when the conductive threads are occupied further apart, less homogeneous heating is achieved.
Bevorzugt können die Abstände der leitfähigen Fäden und die Abstände der nichtleitfähigen Fäden unabhängig voneinander eingestellt werden. Zum Beispiel können die leitfähigen Fäden so in kurzen Abständen zueinander angeordnet sein, dass die Heizleistung erhöht wird, die nicht leitfähigen Fäden jedoch in breiteren Abständen zueinander angeordnet sind, um dennoch eine gewisse Flexibilität der Gewebeelektrode bereitzustellen.The distances between the conductive threads and the distances between the non-conductive threads can preferably be set independently of one another. For example, the conductive threads can be arranged at short distances from one another in such a way that the heating power is increased, but the non-conductive threads are arranged at wider distances from one another in order to nevertheless provide a certain flexibility of the tissue electrode.
Durch einen Anschluss der Gewebeelektroden an eine Spannungsquelle werden mindestens die leitfähigen Fäden bestromt, so dass ein Stromfluss durch das dazwischen liegende Heizwiderstandselement erreicht wird und damit eine Wärmeentwicklung erzeugt wird.By connecting the tissue electrodes to a voltage source, at least the conductive threads are energized, so that a current flow through the heating resistor element located in between is achieved and heat is thus generated.
Bevorzugt wird an die Gewebeelektroden ein Gleichstrom angelegt. Es ist aber auch möglich, die Gewebeelektroden mit Wechselstrom, z.B. aus der Lichtmaschine eines Fahrzeugs, zu betreiben.A direct current is preferably applied to the tissue electrodes. However, it is also possible to use alternating current, e.g. from the alternator of a vehicle.
Durch die Anordnung des Heizwiderstandselements zwischen den Gewebeelektroden findet ein Stromfluss durch das Heizwiderstandselement statt, so dass ein Stromfluss durch das Volumen des Heizwiderstandselements erreicht wird und dieses besonders effektiv ausgenutzt werden kann.The arrangement of the heating resistance element between the tissue electrodes results in a current flow through the heating resistance element, so that a current flow through the volume of the heating resistance element is achieved and this can be used particularly effectively.
In einem Beispiel sind die leitfähigen Fäden aus einem leitfähigen Material, insbesondere aus der Gruppe von leitfähigen Metallen wie Aluminium, Kupfer, Edelstahl etc.In one example, the conductive threads are made of a conductive material, in particular from the group of conductive metals such as aluminum, copper, stainless steel etc.
In einem Beispiel sind die nicht leitfähigen Fäden aus Polyethylen oder aus einem Polyethylen-G ru ndwerkstoff.In one example, the non-conductive filaments are made of polyethylene or a basic polyethylene material.
Die leitfähigen Fäden können als Kettfäden und die nicht leitfähigen Fäden als Schussfäden die Gewebestruktur der jeweiligen Gewebeelektroden ausbilden. Die Zuordnung zu den Kettfäden und den Schussfäden kann auch umgekehrt sein.The conductive threads can form the tissue structure of the respective tissue electrodes as warp threads and the non-conductive threads as weft threads. The assignment to the warp threads and the weft threads can also be reversed.
Die Gewebeelektroden können so zueinander orientiert sein, dass die leitfähigen Fäden der ersten Gewebeelektrode und die leitfähigen Fäden der zweiten Gewebeelektrode orthogonal zueinander angeordnet sind.The tissue electrodes can be oriented in relation to one another such that the conductive threads of the first tissue electrode and the conductive threads of the second tissue electrode are arranged orthogonally to one another.
Gemäß einer alternativen Ausrichtung der Gewebeelektroden zueinander sind die leitfähigen Fäden der ersten Gewebeelektrode und die leitfähigen Fäden der zweiten Gewebeelektrode im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet.According to an alternative alignment of the tissue electrodes to one another, the conductive threads of the first tissue electrode and the conductive threads of the second tissue electrode are arranged essentially parallel to one another.
In einer Ausführungsform, in der jede Gewebeelektrode nur eine Polung aufweist - beispielsweise die erste Gewebeelektrode positiv und die zweite Gewebeelektrode negativ gepolt ist - kann der nichtleitfähige Faden in einem Beispiel durch einen leitfähigen Faden ersetzt werden. Dadurch können mindestens zwei leitfähige Fäden, die orthogonal zueinander angeordnet sind, bestromt werden und damit die Homogenität des flächendeckenden Stromeintrags in das Heizwiderstandselement verbessert werden.In one embodiment, in which each tissue electrode has only one polarity - for example the first tissue electrode is positive and the second tissue electrode is polarized negatively - in one example the non-conductive thread can be replaced by a conductive thread. As a result, current can be supplied to at least two conductive threads which are arranged orthogonally to one another, and thus the homogeneity of the area-wide current input into the heating resistor element can be improved.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel sind die leitenden Fäden der ersten und/oder zweiten Gewebeelektrode abwechselnd an den elektrischen Pluspol und den elektrischen Minuspol angeschlossen. In dieser Ausführungsform sind die leitfähigen Fäden an der Oberseite und der Unterseite abwechselnd an den elektrischen Pluspol und an den elektrischen Minuspol angeschlossen.In an alternative exemplary embodiment, the conductive threads of the first and / or second tissue electrode are alternately connected to the electrical positive pole and the electrical negative pole. In this embodiment, the conductive threads on the top and bottom are alternately connected to the electrical positive pole and to the electrical negative pole.
In einem vorgeschlagenen Heizwiderstandselement kommt eine Polymer-Zusammensetzung mit einem positiven Temperaturkoeffizienten zum Einsatz. Diese Zusammensetzung entspricht einer PTC-Stoffzusammensetzung auf Polymerbasis und wird auch als PPTC (engl.: polymeric positive temperature coefficient) -Zusammensetzung bezeichnet. Ein Heizwiderstandselement auf Basis einer PPTC- Zusammensetzung weist meist einen nichtlinearen Widerstandsverlauf auf. Mit anderen Worten, der elektrische Widerstand dieses Materials vergrößert sich mit steigender Temperatur meist nicht linear.In a proposed heating resistor element, a polymer composition with a positive temperature coefficient is used. This composition corresponds to a PTC substance composition based on polymer and is also referred to as PPTC (polymeric positive temperature coefficient) composition. A heating resistor element based on a PPTC composition usually has a non-linear resistance curve. In other words, the electrical resistance of this material usually does not increase linearly with increasing temperature.
Indem Strom durch das Heizwiderstandselement fließt, wird darin Wärme erzeugt, die zu einer Erhöhung der Temperatur und des Widerstands des Heizwiderstandselements führt. Mit der Zunahme des elektrischen Widerstands sinkt bei einer gleichbleibenden Spannung gleichzeitig die Stromstärke des durch das Heizwiderstandselement fließenden Stroms. Da die induzierte Wärme in dem Heizwiderstandselement proportional zum Quadrat der Stromstärke ist, sinkt entsprechend die induzierte Wärme mit zunehmender Temperatur des Heizwiderstandselements.As current flows through the heating resistance element, heat is generated therein, which leads to an increase in the temperature and the resistance of the heating resistance element. As the electrical resistance increases, the current of the current flowing through the heating resistor element simultaneously drops with a constant voltage. Since the induced heat in the Heating resistor element is proportional to the square of the current, the induced heat correspondingly decreases with increasing temperature of the heating resistor element.
Die Verwendung einer PPTC-Zusammensetzung weist somit den Effekt auf, dass mit steigender Temperatur des Materials ein durch den Stromfluss induzierter Wärmeeintrag in das Heizwiderstandselement gedrosselt wird. Da sich der elektrische Widerstand dieses Materials mit steigender Temperatur nichtlinear vergrößert, ermöglicht ein aus einer PPTC-Zusammensetzung aufgebautes Heizwiderstandselement eine schnelle Erwärmung auf eine vorgegebene Nenntemperatur und nach Erreichen der Nenntemperatur eine wiederum schnelle oder abrupte Drosselung der induzierten Wärme, um einer Überhitzung des Heizwiderstandselements vorzubeugen.The use of a PPTC composition thus has the effect that, as the temperature of the material increases, a heat input induced by the current flow is throttled into the heating resistor element. Since the electrical resistance of this material increases nonlinearly with increasing temperature, a heating resistor element constructed from a PPTC composition enables rapid heating to a predetermined nominal temperature and, once the nominal temperature has been reached, rapid or abrupt throttling of the induced heat in order to prevent the heating resistor element from overheating .
Die PPTC-Zusammensetzung des Heizwiderstandselements kann dabei derart bereitgestellt sein, dass bei Erreichen der vorgegebenen Nenntemperatur das Heizwiderstandselement in einem hochohmigen Zustand überführt wird. Dadurch kann der über das Heizwiderstandselement induzierte Wärmeeintrag stark verringert werden, sodass bei Erreichen der Nenntemperatur das Heizwiderstandselement durch die Strombeaufschlagung nicht weiter erwärmt wird.The PPTC composition of the heating resistor element can be provided in such a way that the heating resistor element is transferred in a high-resistance state when the predetermined nominal temperature is reached. As a result, the heat input induced by the heating resistor element can be greatly reduced, so that when the nominal temperature is reached, the heating resistor element is no longer heated by the current applied.
Die PPTC-Zusammensetzung des Heizwiderstandselements weist mindestens ein Polymer auf. Vorzugsweise bildet das Polymer eine nicht leitende Polymermatrix in der PPTC-Zusammensetzung, in der elektrisch leitende Partikel eingebettet oder dispergiert sind. Auf diese Weise kann eine elektrische Leitfähigkeit der PPTC-Zusammensetzung, insbesondere unterhalb der Nenntemperatur gewährleistet werden. Zusätzlich können in der Polymermatrix thermisch leitende Partikel eingebettet oder dispergiert sein, die eine Wärmeleitfähigkeit der Polymer-Zusammensetzung verbessern.The PPTC composition of the heating resistor element has at least one polymer. The polymer preferably forms a non-conductive polymer matrix in the PPTC composition, in which electrically conductive particles are embedded or dispersed. In this way, an electrical conductivity of the PPTC composition can be ensured, in particular below the nominal temperature. In addition, thermally conductive particles can be embedded or dispersed in the polymer matrix, which improve a thermal conductivity of the polymer composition.
Genauer kann die PPTC-Zusammensetzung beispielsweise mindestens ein Polymer aufweisen aus der Gruppe, umfassend: Polyethylen, Polyethylenoxid, Polybutadien, Polyethylenacrylate, Ethylen-Acrylsäureethylesther-Copolymere, Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, Polyester, Polyamide, Polyäther, Polycaprolactam, fluorierte Ethylen-Propylen-Copolymere, chloriertes Polyethylen, sulfochloriertes Polyethylen, Ethylvinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere, Polyvinylchlorid, Polycarbonate, Polyacetale, Polyalkylenoxide, Polyphenylenoxid, Polysulfone und Fluorkunststoffe. Beispielsweise können zwei oder mehr Polymere aus der voranstehenden Gruppe in der PPTC-Zusammensetzung umfasst sein. Dabei können der Typ der Polymere und die Zusammensetzungsverhältnisse variiert werden.More specifically, the PPTC composition can have, for example, at least one polymer from the group comprising: polyethylene, polyethylene oxide, polybutadiene, polyethylene acrylates, ethylene-acrylic acid-ethyl ether copolymers, ethylene-acrylic acid copolymers, polyesters, polyamides, polyethers, polycaprolactam, fluorinated ethylene-propylene Copolymers, chlorinated polyethylene, sulfochlorinated polyethylene, ethyl vinyl acetate copolymers, polypropylene, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymers, polyvinyl chloride, polycarbonates, polyacetals, polyalkylene oxides, polyphenylene oxide, polysulfones and fluoroplastics. For example, two or more polymers from the above group can be included in the PPTC composition. The type of polymer and the composition ratios can be varied.
Die in der PPTC-Zusammensetzung umfassten elektrisch leitenden Partikel können wenigstens einen Typ von Partikeln aufweisen aus der Gruppe, umfassend: Ruß, Silberpulver, Goldpulver, Kohlenstoffpulver, Graphitpulver, Kupferpulver, Kohlenstofffasern, Nickelpulver und versilberte Feinteilchen. Beispielsweise können die in der PPTC-Zusammensetzung umfassten elektrisch leitenden Partikel mehrere Arten von Partikeln aus der voranstehend genannten Gruppe umfassen. Dabei können der Typ der elektrisch leitenden Partikel und/oder deren Partikelgröße variiert werden. Beispielsweise können die elektrisch leitenden Partikel eine Partikelgröße zwischen 1 µm und 200 µm besitzen.The electrically conductive particles included in the PPTC composition can have at least one type of particles from the group comprising: carbon black, silver powder, gold powder, carbon powder, graphite powder, copper powder, carbon fibers, nickel powder and silver-plated fine particles. For example, the electrically conductive particles included in the PPTC composition can comprise several types of particles from the group mentioned above. The type of electrically conductive particles and / or their particle size can be varied. For example, the electrically conductive particles can have a particle size between 1 μm and 200 μm.
Die in der PPTC-Zusammensetzung umfassten thermisch leitenden Partikel können wenigstens einen Typ von Partikeln aufweisen aus der Gruppe, umfassend: Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Berylliumoxid, Selen und Aluminiumoxid. Beispielsweise können die in der PPTC-Zusammensetzung umfassten thermisch leitenden Partikel mehrere Arten von Partikeln aus der voranstehend genannten Gruppe umfassen. Dabei können der Typ der thermisch leitenden Partikel und/oder deren Partikelgröße variiert werden. Beispielsweise können die thermisch leitenden Partikel eine Partikelgröße zwischen 1 µm und 200 µm besitzen.The thermally conductive particles included in the PPTC composition can have at least one type of particles from the group comprising: silicon carbide, silicon nitride, beryllium oxide, selenium and aluminum oxide. For example, the thermally conductive particles included in the PPTC composition can comprise several types of particles from the group mentioned above. The type of thermally conductive particles and / or their particle size can be varied. For example, the thermally conductive particles can have a particle size between 1 μm and 200 μm.
Durch die Verwendung der PPTC-Zusammensetzung für das Heizwiderstandselement wird eine hohe Gestaltungsfreiheit für das Heizelement bereitgestellt. Dies kann insbesondere darauf zurückgeführt werden, dass ein aus der PPTC-Zusammensetzung bestehendes Bauteil vergleichsweise einfach und in beliebiger Form hergestellt werden kann.The use of the PPTC composition for the heating resistor element provides a high degree of design freedom for the heating element. This can be attributed in particular to the fact that a component consisting of the PPTC composition can be produced comparatively easily and in any form.
Insbesondere kann das Heizwiderstandselement aus der PPTC-Zusammensetzung auch als Folie ausgebildet werden, so dass ein besonders dünnes und auch flexibles Heizelement bereitgestellt werden kann.In particular, the heating resistor element can also be formed from the PPTC composition as a film, so that a particularly thin and also flexible heating element can be provided.
Gemäß einem weiteren Aspekt, wird ein Heizelement vorgeschlagen, umfassend mindestens zwei leitfähige Fäden und jeweils mindestens einen dazu angeordneten Faden aus einem Polymer-PTC Material, wobei die zwei leitfähigen Fäden derart mit dem Faden aus dem Polymer-PTC Material verbunden sind, dass der Faden aus dem Polymer-PTC Material durch eine elektrische Kontaktierung der zwei leitfähigen Fäden beheizbar ist.According to a further aspect, a heating element is proposed, comprising at least two conductive threads and in each case at least one thread made of a polymer PTC material, the two conductive threads being connected to the thread made of the polymer PTC material such that the thread can be heated from the polymer PTC material by electrical contacting of the two conductive threads.
Gemäß einer Ausführungsform sind die zwei leitenden Fäden derart mit einer Spannungsquelle verschaltet, dass die zwei leitenden Fäden abwechselnd an einen elektrischen Pluspol und einen elektrischen Minuspol angeschlossen sind.According to one embodiment, the two conductive threads are connected to a voltage source in such a way that the two conductive threads are alternately connected to an electrical positive pole and an electrical negative pole.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zwei leitfähigen Fäden orthogonal zu dem mindestens einen Faden aus Polymer-PTC (PPTC) Material angeordnet.According to a further embodiment, the two conductive threads are arranged orthogonally to the at least one thread made of polymer PTC (PPTC) material.
In einem Beispiel wird das PPTC-Material zu einem dünnen Garn bzw. Draht bzw. Filament geformt, dass durch einen textilen Verarbeitungsprozess wie z.B. Weben, Stricken, Häkeln, Wirken oder Filzen.In one example, the PPTC material is formed into a thin thread or wire or filament that can be processed by a textile processing process such as e.g. Weaving, knitting, crocheting, knitting or felting.
In einem weiteren Beispiel ist der Querschnitt des PPTC Fadens rund, oval oder rechteckig ausgeführt.In another example, the cross section of the PPTC thread is round, oval or rectangular.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Heizsystem vorgeschlagen, aufweisend ein zu beheizendes Element, eine Spannungsquelle und ein Heizelement. Das Heizelement ist in dem zu beheizenden Element angeordnet und an die Spannungsquelle angeschlossen. Die erste Gewebeelektrode ist an einem ersten Pol der Spannungsquelle angeschlossen und die zweite Gewebeelektrode an einem zweiten Pol der Spannungsquelle angeschlossen.According to a further aspect, a heating system is proposed, comprising an element to be heated, a voltage source and a heating element. The heating element is arranged in the element to be heated and connected to the voltage source. The first tissue electrode is connected to a first pole of the voltage source and the second tissue electrode is connected to a second pole of the voltage source.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zu beheizende Element eine Sitzfläche oder ein Lenkrad oder eine Scheibe in einem Fahrzeug.According to a further embodiment, the element to be heated is a seat surface or a steering wheel or a window in a vehicle.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Heizsystem vorgeschlagen, aufweisend ein zu beheizendes Element, eine Spannungsquelle, ein Heizelement wobei das Heizelement in dem zu beheizenden Element angeordnet ist und die mindestens zwei leitfähigen Fäden durch elektrische Kontaktierung an die Spannungsquelle angeschlossen sind.According to a further aspect, a heating system is proposed, comprising an element to be heated, a voltage source, a heating element, the heating element being arranged in the element to be heated and the at least two conductive threads being connected to the voltage source by electrical contacting.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zu beheizende Element bevorzugt ein Textil, insbesondere ein Kleidungstück.According to a further embodiment, the element to be heated is preferably a textile, in particular a piece of clothing.
In anderen Worten wird bevorzugt ein aktives Heizelement aus PPTC Material vorgeschlagen. Die Elektrode ist als Gewebeelektrode ausgeführt, wobei elektrisch leitende und nichtleitende Fäden miteinander verwebt sein können und mit dem PPTC Material formschlüssig verbunden sein können.In other words, an active heating element made of PPTC material is preferably proposed. The electrode is designed as a woven electrode, whereby electrically conductive and non-conductive threads can be interwoven and can be positively connected to the PPTC material.
Dabei kann der elektrisch leitende Faden entweder mit beiden Polen (Plus/ Minus) abwechselnd von Faden zu Faden bestromt werden. Bei einem Mehrschichtaufbau kann eine erste Gewebeelektrode an der Oberseite eines PPTC Heizwiderstandelements und eine zweite Gewebeelektrode an dessen Unterseite vorgesehen sein, d.h. die leitfähigen Fäden auf der Oberseite des PPTC Materials bilden beispielsweise den Pluspol und die leitfähigen Fäden der Gewebeelektrode an der Unterseite des PPTC Materials bilden den Minuspol aus.The electrically conductive thread can either be energized with both poles (plus / minus) alternately from thread to thread. In the case of a multi-layer structure, a first tissue electrode can be provided on the top of a PPTC heating resistor element and a second tissue electrode on the underside thereof, i.e. The conductive threads on the top of the PPTC material form, for example, the positive pole and the conductive threads of the tissue electrode on the underside of the PPTC material form the negative pole.
Dadurch lassen sich verbesserte elektrische Verbindungen der Gewebeelektrode und des PPTC Materials erzielen. Des Weiteren kann durch die Ausgestaltung der Elektrode als eine Gewebeelektrode im Vergleich zur Ausgestaltung als eine Blechelektrode Gewicht gespart werden. Durch die Anordnung der Gewebeelektrode auf der Ober- und Unterseite der PTC Materials kann auch eine einfache und effiziente Herstellung der Heizelemente sichergestellt werden.This makes it possible to achieve improved electrical connections between the tissue electrode and the PPTC material. Furthermore, the configuration of the electrode as a tissue electrode saves weight compared to the configuration as a sheet metal electrode. The arrangement of the tissue electrode on the top and bottom of the PTC materials also ensures simple and efficient production of the heating elements.
Weiterhin ist es auch vorgesehen, einen Faden aus PPTC Material direkt mit einem elektrisch leitfähigen Faden zu verbinden. Dadurch lassen sich 3D mechanisch flexible Heizelemente realisieren. Des Weiteren können etablierten Herstellungsverfahren (z.B. Webverfahren) für die Verbindung des Fadens aus PPTC Materials zur Herstellung von Heizelementen genutzt werden.Furthermore, it is also provided to connect a thread made of PPTC material directly to an electrically conductive thread. This enables 3D mechanically flexible heating elements to be implemented. In addition, established manufacturing processes (e.g. weaving processes) can be used to connect the thread made of PPTC material to produce heating elements.
Die Ausgestaltung des aktiven Heizelements als Faden aus PPTC Materials eignet sich auch für die Kombination mit anderen Materialien beim Weben (z.B. für die Herstellung von Funktionskleidung).The design of the active heating element as a thread made of PPTC materials is also suitable for combination with other materials during weaving (e.g. for the production of functional clothing).
FigurenlisteFigure list
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Heizelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 eine schematische Seitenansicht des Heizelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
3 eine perspektivische Ansicht einer Gewebeelektrode des Heizelements gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
4 einen schematische Ansicht eines Heizelements gemäß einem weiteren Aspekt; -
5 ein Schaltkreis mit dem Heizelement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
6 eine schematische Darstellung des Heizelements in einem zu beheizenden Element; -
7 ein Verfahren zur Herstellung eines Heizelements gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
8 ein Verfahren zur Herstellung eines weiteren Heizelements gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 a perspective view of a heating element according to an embodiment; -
2nd is a schematic side view of the heating element according to an embodiment; -
3rd a perspective view of a fabric electrode of the heating element according to another embodiment; -
4th a schematic view of a heating element according to a further aspect; -
5 a circuit with the heating element according to another embodiment; -
6 a schematic representation of the heating element in an element to be heated; -
7 a method for producing a heating element according to an embodiment; and -
8th a method for producing a further heating element according to an embodiment.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele Detailed description of preferred embodiments
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the figures. Identical, similar or equivalent elements in the different figures are provided with identical reference numerals, and a repeated description of these elements is partially omitted in order to avoid redundancies.
In
In einem Ausführungsbeispiel ist die erste Gewebeelektrode
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die erste Gewebeelektrode
In dem in der
Durch diese Struktur findet keine direkte elektrische Verbindung der leitfähigen Fäden
Damit kann ein Stromfluss zwischen der ersten und der zweiten Gewebeelektrode
Die erste, obere Gewebeelektrode
In einer solchen Konfiguration, können die nicht leitenden Fäden
Ein weiter Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass das Material des Heizwiderstandselements besser ausgenutzt werden kann, da durch den Potentialunterschied zwischen Oberseite (elektrischer Pluspol) und Unterseite (elektrischer Minuspol) das Heizwiderstandselement über das gesamte Volumen und nicht nur entlang der Oberflächen vom Strom durchflossen wird.Another advantage of this embodiment is that the material of the heating resistor element can be better utilized, since the potential difference between the top (electrical positive pole) and underside (electrical negative pole) flows through the heating resistor element over the entire volume and not just along the surfaces.
Das Heizwiderstandselement
In dem vorgeschlagenen Heizwiderstandselement
Indem Strom durch das Heizwiderstandselement
Die PPTC-Zusammensetzung des Heizwiderstandselements
Genauer kann die PPTC-Zusammensetzung beispielsweise mindestens ein Polymer aufweisen aus der Gruppe, umfassend: Polyethylen, Polyethylenoxid, Polybutadien, Polyethylenacrylate, Ethylen-Acrylsäureethylesther-Copolymere, Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, Polyester, Polyamide, Polyäther, Polycaprolactam, fluorierte Ethylen-Propylen-Copolymere, chloriertes Polyethylen, sulfochloriertes Polyethylen, Ethylvinylacetat-Copolymere, Polypropylen, Polystyrol, Styrol-Acrylnitril-Copolymere, Polyvinylchlorid, Polycarbonate, Polyacetale, Polyalkylenoxide, Polyphenylenoxid, Polysulfone und Fluorkunststoffe. Beispielsweise können zwei oder mehr Polymere aus der voranstehenden Gruppe in der PPTC-Zusammensetzung umfasst sein. Dabei können der Typ der Polymere und die Zusammensetzungsverhältnisse variiert werden.More specifically, the PPTC composition can have, for example, at least one polymer from the group comprising: polyethylene, polyethylene oxide, polybutadiene, polyethylene acrylates, ethylene-acrylic acid-ethyl ether copolymers, ethylene-acrylic acid copolymers, polyesters, polyamides, polyethers, polycaprolactam, fluorinated ethylene-propylene Copolymers, chlorinated polyethylene, sulfochlorinated polyethylene, ethyl vinyl acetate copolymers, polypropylene, polystyrene, styrene-acrylonitrile copolymers, polyvinyl chloride, polycarbonates, polyacetals, polyalkylene oxides, polyphenylene oxide, polysulfones and fluoroplastics. For example, two or more polymers from the above group can be included in the PPTC composition. The type of polymer and the composition ratios can be varied.
Die in der PPTC-Zusammensetzung umfassten elektrisch leitenden Partikel können wenigstens einen Typ von Partikeln aufweisen aus der Gruppe, umfassend: Ruß, Silberpulver, Goldpulver, Kohlenstoffpulver, Graphitpulver, Kupferpulver, Kohlenstofffasern, Nickelpulver und versilberte Feinteilchen. Beispielsweise können die in der PPTC-Zusammensetzung umfassten elektrisch leitenden Partikel mehrere Arten von Partikeln aus der voranstehend genannten Gruppe umfassen. Dabei können der Typ der elektrisch leitenden Partikel und/oder deren Partikelgröße variiert werden. Beispielsweise können die elektrisch leitenden Partikel eine Partikelgröße zwischen 1 µm und 200 µm besitzen.The electrically conductive particles included in the PPTC composition can have at least one type of particles from the group comprising: carbon black, silver powder, gold powder, carbon powder, graphite powder, copper powder, carbon fibers, nickel powder and silver-plated fine particles. For example, the electrically conductive particles included in the PPTC composition can comprise several types of particles from the group mentioned above. The type of electrically conductive particles and / or their particle size can be varied. For example, the electrically conductive particles can have a particle size between 1 μm and 200 μm.
Die in der PPTC-Zusammensetzung umfassten thermisch leitenden Partikel können wenigstens einen Typ von Partikeln aufweisen aus der Gruppe, umfassend: Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Berylliumoxid, Selen und Aluminiumoxid. Beispielsweise können die in der PPTC-Zusammensetzung umfassten thermisch leitenden Partikel mehrere Arten von Partikeln aus der voranstehend genannten Gruppe umfassen. Dabei können der Typ der thermisch leitenden Partikel und/oder deren Partikelgröße variiert werden. Beispielsweise können die thermisch leitenden Partikel eine Partikelgröße zwischen 1 µm und 200 µm besitzen.The thermally conductive particles included in the PPTC composition can have at least one type of particles from the group comprising: silicon carbide, silicon nitride, beryllium oxide, selenium and aluminum oxide. For example, the thermally conductive particles included in the PPTC composition can comprise several types of particles from the group mentioned above. The type of thermally conductive particles and / or their particle size can be varied. For example, the thermally conductive particles can have a particle size between 1 μm and 200 μm.
Durch die Verwendung der PPTC-Zusammensetzung für das Heizwiderstandselement
Die erste obere und/oder zweite untere Gewebeelektrode
Die zwei leitenden Fäden
- In einem ersten
Schritt 102 werden eine erste Gewebeelektrode und eine zweiten Gewebeelektrode durch jeweils mindestens einen leitfähigen Faden und einem nichtleitfähigen Faden zusammengesetzt. In einem zweiten104 Schritt wird die ersten Gewebeelektrode an eine Oberseite eines Heizwiderstandelements und die zweiten Gewebeelektrode an eine Unterseite des Heizwiderstandselements oder umgekehrt verbunden. In einem weiterenSchritt 106 wird die erste Gewebeelektrode an der Oberseite des Heizwiderstandelements an den elektrischen Pluspol und die zweite Gewebeelektrode an der Unterseite des Heizwiderstandelements an den elektrischen Minuspol angeschlossen
- In a first step
102 a first tissue electrode and a second tissue electrode are put together by at least one conductive thread and one non-conductive thread. In a second104 Step, the first tissue electrode is connected to an upper side of a heating resistance element and the second tissue electrode to an underside of the heating resistance element or vice versa. In afurther step 106 the first tissue electrode on the top of the heating resistance element is connected to the electrical positive pole and the second tissue electrode on the underside of the heating resistance element is connected to the electrical negative pole
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Heizwiderstandselement aus einem PPTC Material hergestellt.In a preferred embodiment, the heating resistor element is made of a PPTC material.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.As far as applicable, all individual features that are shown in the exemplary embodiments can be combined and / or exchanged with one another without leaving the scope of the invention.
BezugszeichenlisteReference list
- 1, 21, 2
- HeizelementHeating element
- 1212th
- erste Gewebeelektrodefirst tissue electrode
- 1313
- leitfähiger Fadenconductive thread
- 1414
- zweite Gewebeelektrodesecond tissue electrode
- 1515
- nicht leitfähiger Fadennon-conductive thread
- 15a15a
- Faden aus PPTC-MaterialThread made of PPTC material
- 1616
- HeizwiderstandselementHeating resistor element
- 16a16a
- Oberseite des HeizwiderstandselementsTop of the heating element
- 16b16b
- Unterseite des HeizwiderstandselementsBottom of the heating resistor element
- 1818th
- elektrischer Pluspolelectrical positive pole
- 2020th
- elektrischer Minuspolelectrical negative pole
- 30, 4030, 40
- HeizsystemHeating system
- 3232
- zu beheizendes Elementelement to be heated
- 3434
- SpannungsquelleVoltage source
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102008034748 A1 [0004]DE 102008034748 A1 [0004]
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Legal Events
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